Volá sa súbor všetkých hodnôt termodynamických parametrov potrebných na popis systému termodynamický stav .

Fyzikálna charakteristika systému, ktorej zmena pri prechode systému z jedného stavu do druhého je určená hodnotami parametrov počiatočného a konečného stavu a nezávisí od prechodu, sa nazýva štátna funkcia (termodynamický potenciál).

Funkcie štátu sú:

· vnútorná energia;

· entalpia;

· entropia;

· voľná energia;

chemické a elektrochemické potenciály.

Množstvo určitého množstva prenášaného cez určitý povrch za jednotku času sa nazýva prúdiť túto hodnotu.

Jav, pri ktorom jeden proces energeticky zabezpečuje tok druhého procesu, sa nazýva konjugácia .

Proces, ktorý je zdrojom energie, sa nazýva...
konjugácia. Proces využívajúci energiu je tzv konjugovať .

Prvý a druhý zákon termodynamiky. Podľa prvého termodynamického zákona, ktorý znie takto: teplo odovzdané systému sa vynakladá na zvýšenie vnútornej energie systému a vykonanie práce na vonkajších silách systému, môžu do seba prechádzať rôzne druhy energie, ale počas týchto premien Ī energia nezmizne a neobjaví sa z ničoho . To znamená, že pre uzavretý systém
∆U = ∆Q –W, kde ∆U je zmena vnútornej energie systému; ∆Q je teplo absorbované systémom; W je práca vykonaná systémom. [Vnútorná energia sa od tepla a práce líši tým, že sa pri prechode z jedného stavu do druhého mení vždy rovnako, bez ohľadu na dráhu prechodu!].

Zmena tepelnej energie ∆Q izolovaného systému je úmerná absolútnej teplote T, teda ∆Q = T ∙ ∆S, kde ∆S je faktor úmernosti, ktorý sa nazýva zmena entropie.

Druhý termodynamický zákon existuje v dvoch formuláciách. Prvá formulácia (Clausiova formulácia) je nasledovná: samovoľný prechod tepla z telies s nižšou teplotou na telesá s vyššou teplotou je nemožný. Druhá formulácia (Thomsonova formulácia) hovorí, že nie je možné vytvoriť perpetum mobile typu ĪĪ, teda taký cyklický proces, v dôsledku ktorého by sa všetko teplo absorbované systémom minulo na prácu. Podľa druhého zákona termodynamiky sa entropia izolovaného systému zvyšuje v nevratnom procese a zostáva nezmenená v reverzibilnom procese. Entropia je funkciou stavu systému, ktorého rozdiel v nekonečne malom reverzibilnom procese sa rovná pomeru nekonečne malého množstva tepla odovzdaného systému k absolútnej teplote systému (ΔS=ΔQ:T ). Jednotkou entropie je J/K. Entropia je mierou neusporiadanosti systému: ak sa entropia zvyšuje, znamená to, že systém má tendenciu prejsť do stavu s vyššou termodynamickou pravdepodobnosťou, teda do stavu menšieho poriadku. Záver vyplýva z druhého zákona termodynamiky: pri konštantnej teplote sa tepelná energia nedá premeniť na mechanickú prácu. Keďže tepelná energia je spôsobená chaotickým pohybom častíc, súčet vektorov rýchlosti týchto častíc v akomkoľvek smere je rovný nule. Pri mechanickej práci možno premieňať len energiu, ktorá predstavuje jednosmerný pohyb telies (kinetická energia lietajúceho telesa, energia pohybujúcich sa iónov alebo elektrónov v elektrickom poli).

Záver podľa dvoch zákonov:

Prvý zákon stanovuje kvantitatívny vzťah medzi teplom, prácou a zmenou vnútornej energie, ale neurčuje smer termodynamického procesu. Vykonáva sa vždy a pre všetky systémy. Základný vzťah termodynamiky: TΔS ≥ ΔU+W.

Druhý zákon je štatistický a platí pre systémy s veľkým, konečným počtom častíc. Označuje najpravdepodobnejší smer procesu. Ak je uvedené, že tento proces je nemožný, potom by sa malo chápať, že pravdepodobnosť jeho dokončenia existuje, ale je zanedbateľná.

Tabuľka 1. Termodynamické potenciály

Transformácia energie v živej bunke. V živej bunke sa chemická energia uložená v organických zlúčeninách premieňa na osmotickú, elektrickú a mechanickú energiu. Takže napríklad chemická energia glukózy sa počas bunkovej oxidácie premieňa čiastočne na teplo, čiastočne na energiu makroergických väzieb ATP. V dôsledku hydrolýzy ATP sa látky môžu prenášať z oblasti nižšej do oblasti s vyššou koncentráciou (osmotická práca), prenos iónov do oblasti s vyššou koncentráciou. elektrický potenciál (elektrická práca), v tele zvieraťa - svalová kontrakcia (mechanická práca). V tomto prípade sa časť chemickej energie ATP prenesie na osmotickú, elektrickú a mechanickú energiu.

Voľná ​​energia a elektrochemický potenciál. Elektrická, osmotická a chemická energia bunky sa využíva na vykonávanie práce, teda na pohyb častíc proti silám, ktoré na ne pôsobia. Kvantitatívnou mierou premeny týchto druhov energie je zmena voľnej energie (∆F). ΔF je Helmholtzova voľná energia (ΔF = ΔU - TΔS). Keďže to závisí od podmienok procesu, najmä od koncentrácie reagujúcich látok, začali využívať takzvaný Gibbsov termodynamický potenciál 1 mólu látky ΔG. V chémii sa pre nenabité častice nazýva chemický potenciál - μ, pre nabité častice elektrochemický potenciál - μ.

Prúdenie chemických reakcií v kvapalnej fáze nemení tlak, ale môže meniť objem. Preto sa pre takéto systémy namiesto zmeny vnútornej energie používa zmena entalpie (∆H), ktorá sa rovná ∆U + p∆V, kde p je tlak, ∆V je zmena objemu. [Poznámka: entalpia je funkciou stavu termodynamického systému s nezávislými parametrami entropie a tlaku]. Podľa zákonov termodynamiky existuje vzťah medzi zmenou vnútornej energie a zmenou entalpie: ∆G = ∆H -T∆S (pri t a p = konst), kde ∆G je Gibbsov termodynamický potenciál, ∆H je vnútorná energia, T * ∆S je tepelná energia.

Vo fyzikálnych a chemických systémoch sa zmena voľnej energie zvyčajne popisuje prostredníctvom zmeny elektrochemického potenciálu (∆μ): ∆G=m∙∆μ, kde m je látkové množstvo (mol) v systéme. Zmena elektrochemického potenciálu počas prechodu systému zo stavu 1 do stavu 2 je určená zmenou chemickej, osmotickej a elektrickej energie: ∆μ \u003d μ 02 -μ 01 + RT ln (c 2 / c 1) + zF (φ2 -φ 1). Potom ∆G = m μ 02 -μ 01 +RT ln (c 2 /c 1) + zF (φ 2 -φ 1).

Fyzikálny význam elektrochemického potenciálu je taký, že jeho zmena sa rovná práci, ktorú treba vynaložiť, aby:

1. syntetizovať 1 mol látky (stav 2) z východiskových látok (stav 1) a umiestniť do rozpúšťadla (termín μ 02 -μ 01) - chemická práca;

2. skoncentrovať roztok z koncentrácie od 1 do s 2 [termín RT ln (c 2 /c 1)] - osmotická práca;

3. prekonať sily elektrického odpudzovania, ktoré vznikajú za prítomnosti rozdielu potenciálov (φ 2 -φ 1) medzi riešeniami [člen zF (φ 2 -φ 1] - elektrická práca.

Treba poznamenať, že pojmy môžu byť pozitívne aj negatívne.

Druhý termodynamický zákon a podmienka rovnováhy. Druhý zákon termodynamiky hovorí, že voľná energia sa v izolovanom systéme nemôže zvyšovať. Inými slovami, v systéme, kde ∆H = 0, ∆G = -T∆S ≤0. Pokiaľ sú energetické transformácie v tomto systéme sprevádzané prechodmi rôznych druhov energie do seba bez ich premeny na teplo, teda ∆G=0, všetky tieto procesy sú reverzibilné. Akonáhle sa však časť energie zmení na teplo, proces sa stane nezvratným. Pojem reverzibility procesu je spojený s pojmom dynamická rovnováha. Rovnováha je taký stav systému, v ktorom sa každá častica môže pohybovať z nejakého stavu 1 do nejakého stavu 2 a naopak, ale vo všeobecnosti sa pomer stavov 1 a stavov 2 v systéme nemení. Vo fyzikálno-chemických systémoch sú procesy v rovnováhe, v ktorej ∆μ = ∆G / m = 0, to znamená μ 02 -μ 01 + RT ln (c 2 / c 1) + zF (φ 2 -φ 1) = 0 .

Substráty a produkty biochemickej reakcie alebo ióny na oboch stranách membrány môžu byť v rovnováhe. Preto existujú aplikácie rovnice popisujúcej rovnovážny stav systému:

1. rovnica chemickej rovnovážnej konštanty: ∆μ 0 = -RT lnK, kde K je rovnovážna konštanta;

2. rovnica rovnovážneho membránového potenciálu (Nernstova rovnica): ak je bunková membrána priepustná pre ktorýkoľvek ión, potom na membráne vzniká rovnovážny membránový potenciál: φ Μ = φ 1 –φ 2 = RT / zF lnc 1 / c 2, pri teplote 37C 0 φ Μ \u003d 60 ln (s 1 / s 2) mV. Pre kratší zápis bol zavedený pojem bezrozmerného potenciálu ψ Μ, ktorý sa rovná ln(с 1 /с 2), potom bude Nernstova rovnica vyzerať takto ψ Μ = ψ 1 - ψ 2 = ln(с 1 /с 2).

3. Boltzmannovo rozdelenie: ak sú v molekule dve energetické elektrónové hladiny s energiami E 1 a E 2, potom môžete nájsť populáciu týchto hladín elektrónmi v rovnovážnom stave: ∆E = E 2 - E 1.

Experimentálne stanovenie termodynamických parametrov biologických systémov. Na stanovenie termodynamických parametrov biologických systémov sa používajú dve metódy: stanovenie produkcie tepla (kalorimetria) a meranie rovnovážnych konštánt. Keďže predmet v kalorimetri nevyrába prácu, zmenu energie (entalpiu) možno považovať za rovnú množstvu uvoľneného tepla ∆Q. Takto sa zistí zmena entalpie ∆H počas študovaného biofyzikálneho procesu alebo biochemickej reakcie. Ďalšia metóda na štúdium termodynamických parametrov je založená na meraní rovnovážnych konštánt pri rôznych teplotách. Táto metóda je však vhodná len vtedy, keď zmena entalpie a zmena entropie nezávisia od teploty. V tomto prípade sa používa van't Hoffova rovnica: lnK = -∆H/RT + ∆S/R (pre jeden mol látky).

Organizmy ako termodynamické systémy. Pri aplikácii termodynamiky na biologické systémy je potrebné vziať do úvahy zvláštnosti organizácie živých systémov:

1) biologické systémy sú otvorené tokom hmoty a energie;

2) procesy v živých systémoch sú nezvratné;

3) živé systémy sú ďaleko od rovnováhy;

4) biologické systémy sú heterofázové, štruktúrované a jednotlivé fázy môžu mať malý počet molekúl.

To všetko odlišuje biologické systémy od systémov, ktoré sú izolované a blízko stavu rovnováhy. Pre adekvátnejší popis vlastností živých sústav je preto potrebné aplikovať termodynamiku ireverzibilných procesov. Na rozdiel od klasickej termodynamiky sa v termodynamike nevratných procesov uvažuje s priebehom procesov v čase. Základným konceptom klasickej termodynamiky je koncept rovnovážneho stavu. V termodynamike ireverzibilných procesov je dôležitý pojem pojem stacionárneho stavu systému.

Poznámka: Je potrebné vziať do úvahy, že živý organizmus sa neustále vyvíja a mení, a preto ako celok nie je stacionárnym systémom. V tomto prípade existuje tolerancia: pre krátky časový interval sa stav niektorých jeho úsekov považuje za stacionárny.

Na rozdiel od termodynamickej rovnováhy sa stacionárny stav vyznačuje

neustály prílev látok do systému a odstraňovanie produktov metabolizmu;

konštantná cena voľnej energie, ktorá udržiava stálosť koncentrácií látok v systéme;

· stálosť termodynamických parametrov (vrátane vnútornej energie a entropie).

Systém v stacionárnom stave môže byť uzavretý alebo otvorený. Otvorený systém môže existovať len vďaka prílevu energie zvonku a odlivu energie do okolia. V biologických systémoch sú najdôležitejšie toky toky látok a elektrických nábojov.

Toky látok v dôsledku difúzie a elektrodifúzie. jeden. Hlavnou hnacou silou pri transporte častíc jednoduchou difúziou je koncentračný gradient. Prietok látky v dôsledku difúzie cez bunkovú membránu sa vypočíta podľa Fickovho zákona pre pasívny prenos látok cez membránu: D je difúzny koeficient; K je distribučný koeficient látky medzi membránou a okolitou vodnou fázou; l je hrúbka membrány; cv je koncentrácia častíc vo vnútri bunky; с ext je koncentrácia častíc mimo bunky; P je koeficient priepustnosti. Ak uvažujeme difúziu z hľadiska premeny energie, potom je potrebné vykonať výpočet podľa nasledujúcej rovnice: Φ = – uc (dG/dx), kde u = D/RT je koeficient úmernosti, ktorý závisí od difúzie. rýchlosť molekúl a nazýva sa mobilita. Tok je teda úmerný koncentrácii látky a gradientu termodynamického potenciálu v smere prúdu.

2. Hlavnou hnacou silou pri prenose nabitých častíc pri absencii koncentračného gradientu je elektrické pole. V tomto prípade sa používa Theorellova rovnica: Φ = – cu (dμ/dx), kde μ je elektrochemický potenciál. Tok sa teda rovná súčinu koncentrácie nosiča, jeho pohyblivosti a gradientu jeho elektrochemického potenciálu. Znamienko „–“ znamená, že prietok je nasmerovaný v smere klesajúceho μ. Okrem toho sa používa Nernst-Planckova elektrodifúzna rovnica: Φ = –uRT (dc/dx) –cuz Fdφ/dx.

Toky a termodynamické sily, ktoré určujú tok životne dôležitých procesov, sú uvedené v tabuľke 3.

Tabuľka 3. Toky a sily konjugátu v nerovnovážnej termodynamike

Termodynamika v ustálenom stave. Otvorené systémy majú špecifické črty: konjugáciu tokov a vznik stacionárnych stavov. Tieto vlastnosti otvorených systémov sú vysvetlené termodynamikou lineárnych ireverzibilných procesov. Popisuje súčasný tok rôznych vzájomne súvisiacich stacionárnych procesov. Teóriu termodynamiky lineárnych ireverzibilných procesov sformuloval Onsager. Experimentálnym základom tejto teórie sú fenomenologické zákony, ktoré stanovujú lineárny vzťah medzi tokmi a silami, ktoré ich spôsobujú (pozri tabuľku 2). Predpokladajme, že v systéme existujú dva toky - tepelný tok (Φ 1) a difúzny hmotnostný tok (Φ 2) a dve zovšeobecňujúce sily - teplotný rozdiel X 1 a rozdiel koncentrácií X 2 . Podľa Onsagera v otvorenom systéme každý tok závisí od všetkých prítomných síl a naopak, t.j.

Φ 1 \u003d L 11 X 1 + L 12 X 2

Φ 2 \u003d L 21 X 1 + L 22 X 2,

kde L 12 a iné sú koeficienty úmernosti medzi prietokom 1 a silou 2 atď.

Tieto rovnice sa nazývajú fenomenologické Onsagerove rovnice. Označujú závislosť vstupných a výstupných tokov, a to ako od konjugovaných, tak aj nekonjugovaných síl. Ako ukázal Onsager, takmer v rovnováhe sú koeficienty úmernosti medzi tokmi navzájom rovnaké (L 12 = L 21). Inými slovami, rovnaká akcia spôsobí rovnakú odpoveď. Napríklad retardačný účinok, ktorý má pohybujúce sa rozpúšťadlo na rozpustenú látku, sa rovná odporu, ktorý má rozpustená látka na rozpúšťadlo.

V prírode existuje situácia, keď toky, ktoré idú so zvýšením energie, nemôžu ísť samé, ale môžu prúdiť pôsobením akýchkoľvek síl. Tento jav sa nazýva konjugácia tokov. Kritériom pre možnosť konjugácie tokov v systéme je kladná hodnota disipatívnej funkcie ψ = Τ/V dS/dt ≥ 0, kde Τ je absolútna teplota; dS/dt je rýchlosť produkcie entropie; V je objem systému.

Disipačná funkcia je mierou disipácie energie systému na teplo. Určuje rýchlosť nárastu entropie v systéme, v ktorom prebiehajú nezvratné procesy. Čím vyššia je hodnota disipatívnej funkcie, tým rýchlejšie sa energia všetkých typov premieňa na teplo. Okrem toho disipačná funkcia určuje možnosť spontánneho toku procesu: pre ψ>0 je proces možný, pre ψ<0 – нет.

Termodynamika ukazuje, že ak je systém nerovnovážny, ale je blízko k rovnováhe, potom ψ môže byť reprezentované súčtom súčinov zovšeobecnených síl - Xi a zovšeobecnených tokov - Φi, teda súčtom mocnín procesov ψ. = ∑ΦiXi ≥0. Kladná hodnota disipatívnej funkcie ψ znamená, že v každom meniči energie musí vstupný výkon prevyšovať výstup. Vo väčšine biologických procesov sa chemická energia premieňa na osmotickú, elektrickú a mechanickú energiu. Vo všetkých týchto procesoch sa časť chemickej energie rozptýli na teplo. Pre biologické procesy je účinnosť väzby 80-90%, to znamená, že iba 10-20% energie sa premení na teplo.

Stacionárny stav otvoreného systému charakterizuje Prigoginova veta: v stacionárnom stave s pevnými vonkajšími parametrami je rýchlosť produkcie entropie v systéme konštantná v čase a minimálna.

Ak je kritériom pre vývoj systému v klasickej termodynamike, že entropia pre ireverzibilné procesy v izolovanom systéme má tendenciu k maximálnej hodnote ( Clausiusovo kritérium), potom v otvorenom systéme má produkcia entropie tendenciu k minimu ( Prigoginovo kritérium). Prigoginovo kritérium (Δψ>0) - kritérium stability - v prípade odchýlky od rovnovážneho stavu Δψ<0. Это является доказательством того, что второй закон термодинамики выполняется в живой природе.

Z Prigoginovej vety vyplýva, že ak systém vytiahneme zo stacionárneho stavu, bude sa meniť dovtedy, kým špecifická rýchlosť produkcie entropie nenadobudne najmenšiu hodnotu. To znamená, kým disipačná funkcia nedosiahne minimum.

Spôsoby premeny energie v živej bunke. Molekulárny mechanizmus kopulačných reakcií oxidácie a fosforylácie rozlúštil Mitchell v roku 1976. Autor vypracoval chemiosmotickú teóriu oxidatívnej fosforylácie. Druhá časť Mitchellovej teórie je, že v membráne je asymetrická ATPáza, ktorá funguje reverzibilne, to znamená, že to môže byť aj ATP syntetáza:

ATP + HOH (atp-áza) ADP + F + 2H+

Asymetria v pôsobení ATPázy je taká

a) počas hydrolýzy ATP sa protón H+ a hydroxyl OH- zachytávajú na opačných stranách membrány;

b) pri syntéze ATP dochádza k disociácii vody na OH-, ktorý vstupuje na kyslejšiu stranu z membrány a H+, ktorý difunduje v opačnom smere.

Vo všeobecnosti sa proces fosforylácie ADP uskutočňuje v dôsledku zmeny voľnej energie počas neutralizácie iónu OH- v kyslom prostredí a iónu H+ v alkalickom prostredí.

Z hľadiska premeny energie pozostáva proces oxidatívnej fosforylácie z dvoch etáp:

1. Premena chemickej energie prenosu elektrónov na energiu spojenú s rozdielom v elektrochemických potenciáloch protónov v dôsledku konjugácie prenosu elektrónov pozdĺž dýchacieho reťazca a prenosu protónov cez membránu. V tomto prípade: Δμ H+ = FΔφ M + RT ln ( 1 / 2), kde Δμ H+ je rozdiel elektrochemických potenciálov; Δφ M je rozdiel elektrického potenciálu medzi vonkajšou a vnútornou stranou mitochondriálnej membrány; (1 a 2 sú koncentrácie protónov v prostredí a vo vnútri mitochondrií.

2. Premena energie, určená rozdielom elektrických potenciálov, na chemickú energiu makroergickej väzby ATP (konjugácia prenosu 2H + a syntéza jednej molekuly ATP z ADP a fosfátu). To môže byť podmienene reprezentované ako Δμ H+ → CITÁCIA ~ ~.

Teraz sa ukázalo, že za prítomnosti rozdielu v elektrochemických potenciáloch H+ na väzbovej membráne môže nielen chemická práca (syntéza ATP), ale aj osmotická práca (pri transporte rôznych zlúčenín cez membrány), mechanická práca. (pohyb bičíkov v baktériách), uvoľňuje sa aj teplo (termoregulačné rozpojenie oxidačnej fosforylácie).

Symbolicky možno chemiosmotickú teóriu konjugácie procesov oxidácie (t.j. prenosu elektrónov - e) a fosforylácie (syntéza makroergov - QUOTE ~ ~) znázorniť ako diagram. e CITÁT ∆μ H+ CITÁT CITÁT~~. Z tejto schémy vyplývajú tieto hlavné dôsledky chemiosmotickej teórie:

1. Ak Δμ H+ = 0, potom k syntéze ATP počas prenosu elektrónov nedochádza.

2. Počas činnosti dýchacieho reťazca vzniká membránový potenciál (е→Δφ M).

3. Vytvorenie dostatočného elektrického potenciálu na membráne, ktorá spája energiu so znamienkom „+“ vonku, povedie k syntéze ATP z ADP a ortofosfátu (Δφ M → CITÁT ~) ~).

4. Vďaka membránovému potenciálu je možné zastaviť, ba dokonca „obrátiť“ tok elektrónov v dýchacom reťazci (Δφ M →e).

5. Počas hydrolýzy ATP na konjugačnej membráne vzniká membránový potenciál (CITAT ~ ~ → Δφ M).

Hlavné typy práce v živej bunke - elektrická a osmotická - sa teda vykonávajú za priamej účasti biologických membrán. Procesy syntézy a rozkladu ATP hrajú ústrednú úlohu v energii bunky. V bunke je ATP akumulátorom chemickej energie.

Energia sa využíva na rôzne chemické reakcie, ktoré prebiehajú v bunke. Niektoré organizmy využívajú energiu slnečného žiarenia na biochemické procesy – ide o rastliny, iné zase energiu chemických väzieb v látkach získaných v procese výživy – ide o živočíšne organizmy. Látky z potravy sa získavajú štiepením alebo biologickou oxidáciou v procese bunkového dýchania.

Bunkové dýchanie je biochemický proces v bunke, ktorý prebieha za prítomnosti enzýmov, v dôsledku čoho sa uvoľňuje voda a oxid uhličitý, energia sa ukladá vo forme makroenergetických väzieb molekúl ATP. Ak tento proces prebieha v prítomnosti kyslíka, potom sa nazýva „aeróbny“. Ak sa vyskytuje bez kyslíka, potom sa nazýva "anaeróbne".

Biologická oxidácia zahŕňa tri hlavné fázy:

1. prípravné,

2. Anoxické (glykolýza),

3. Úplný rozklad organických látok (za prítomnosti kyslíka).

Prípravná fáza. Látky prijímané s jedlom sa rozkladajú na monoméry. Toto štádium začína v gastrointestinálnom trakte alebo v lyzozómoch bunky. Polysacharidy sa štiepia na monosacharidy, bielkoviny na aminokyseliny, tuky na glyceroly a mastné kyseliny. Energia uvoľnená v tomto štádiu sa rozptýli vo forme tepla. Je potrebné poznamenať, že bunky využívajú na energetické procesy sacharidy a najlepšie monosacharidy. A mozog dokáže na svoju prácu využiť iba monosacharid – glukózu.

Glukóza sa rozkladá glykolýzou na dve trojuhlíkové molekuly kyseliny pyrohroznovej. Ich ďalší osud závisí od prítomnosti kyslíka v bunke. Ak je v bunke prítomný kyslík, potom kyselina pyrohroznová vstupuje do mitochondrií, kde dochádza k úplnej oxidácii na oxid uhličitý a vodu (aeróbne dýchanie). Ak nie je prítomný kyslík, potom sa v živočíšnych tkanivách kyselina pyrohroznová premení na kyselinu mliečnu. Toto štádium prebieha v cytoplazme bunky. Glykolýza produkuje iba dve molekuly ATP.

Kyslík je nevyhnutný pre úplnú oxidáciu glukózy. V treťom štádiu mitochondrií sa kyselina pyrohroznová úplne oxiduje na oxid uhličitý a vodu. V dôsledku toho sa vytvorí ďalších 36 molekúl ATP.

Celkovo sa z jednej molekuly glukózy v troch stupňoch vytvorí 38 molekúl ATP, pričom sa berú do úvahy dve ATP získané v procese glykolýzy.

Uvažovali sme teda o energetických procesoch vyskytujúcich sa v bunkách. Boli charakterizované štádiá biologickej oxidácie. Toto končí naša lekcia, všetko najlepšie pre vás, dovidenia!

Rozdiel medzi dýchaním a horením. Dýchanie, ku ktorému dochádza v bunke, sa často porovnáva s procesom spaľovania. Oba procesy prebiehajú za prítomnosti kyslíka, uvoľňovania energie a oxidačných produktov. Ale na rozdiel od spaľovania je dýchanie usporiadaným procesom biochemických reakcií prebiehajúcich v prítomnosti enzýmov. Pri dýchaní vzniká oxid uhličitý ako konečný produkt biologickej oxidácie a v procese horenia vzniká oxid uhličitý priamou kombináciou vodíka s uhlíkom. Aj pri dýchaní sa tvorí určité množstvo molekúl ATP. To znamená, že dýchanie a spaľovanie sú zásadne odlišné procesy.

biomedicínsky význam. Pre medicínu je dôležitý nielen metabolizmus glukózy, ale aj fruktózy a galaktózy. V medicíne je obzvlášť dôležitá schopnosť tvoriť ATP v neprítomnosti kyslíka. To umožňuje udržiavať intenzívnu prácu kostrového svalstva v podmienkach nedostatočnej účinnosti aeróbnej oxidácie. Tkanivá so zvýšenou glykolytickou aktivitou sú schopné zostať aktívne počas období nedostatku kyslíka. V srdcovom svale sú možnosti glykolýzy obmedzené. Je ťažké tolerovať zhoršené zásobovanie krvou, čo môže viesť k ischémii. Kvôli nedostatku enzýmov, ktoré regulujú glykolýzu, je známych niekoľko chorôb:

- hemolytická anémia (v rýchlo rastúcich rakovinových bunkách prebieha glykolýza rýchlosťou presahujúcou kapacitu cyklu kyseliny citrónovej), ktorá prispieva k zvýšenej syntéze kyseliny mliečnej v orgánoch a tkanivách. Zvýšená hladina kyseliny mliečnej v tele môže byť príznakom rakoviny.

Fermentácia. Mikróby sú schopné získavať energiu v procese fermentácie. Kvasenie ľudia poznali od nepamäti napríklad pri výrobe vína. Ešte skôr bola známa mliečna fermentácia. Ľudia konzumovali mliečne výrobky bez podozrenia, že tieto procesy sú spojené s činnosťou mikroorganizmov. Prvýkrát to dokázal Louis Pasteur. Okrem toho rôzne mikroorganizmy vylučujú rôzne produkty fermentácie. Teraz si povieme niečo o alkoholovom a mliečnom kvasení. V dôsledku toho sa tvorí etylalkohol, oxid uhličitý a uvoľňuje sa energia. Pivovarníci a vinári používali určité druhy kvasiniek na stimuláciu kvasenia, ktoré premieňa cukry na alkohol. Fermentáciu vykonávajú najmä kvasinky, ale aj niektoré baktérie a plesne. Tradične sa u nás používa kvasinka Saccharomyces. V Amerike - baktérie rodu Pseudomonas. A v Mexiku sa používajú baktérie "pohyblivé tyče". Naše kvasinky majú tendenciu fermentovať hexózy (šesťuhlíkové monosacharidy), ako je glukóza alebo fruktóza. Proces tvorby alkoholu možno znázorniť nasledovne: z jednej molekuly glukózy sa vytvoria dve molekuly alkoholu, dve molekuly oxidu uhličitého a dve molekuly ATP. Táto metóda je menej zisková ako aeróbne procesy, ale umožňuje zachovať život v neprítomnosti kyslíka. Teraz si povieme niečo o mliečnom kvasení. Jedna molekula glukózy tvorí dve molekuly kyseliny mliečnej a uvoľňujú sa dve molekuly ATP. Mliečna fermentácia sa široko používa na výrobu mliečnych výrobkov: syr, kyslé mlieko, jogurt. Kyselina mliečna sa používa aj pri výrobe nealkoholických nápojov.

Úlohy časti C1-C4

1. Aké faktory prostredia prispievajú k regulácii počtu vlkov v ekosystéme?

odpoveď:
1) antropogénne: odlesňovanie, pretáčanie;
2) biotické: nedostatok potravy, konkurencia, šírenie chorôb.

2. Určte typ a fázu bunkového delenia znázornenú na obrázku. Aké procesy prebiehajú v tejto fáze?

odpoveď:
1) obrázok ukazuje metafázu mitózy;
2) vretienkové vlákna sú pripojené k centromérom chromozómov;
3) v tejto fáze sa dvojchromatidové chromozómy zoradia v rovine rovníka.

3. Prečo orba pôdy zlepšuje životné podmienky kultúrnych rastlín?

odpoveď:
1) prispieva k ničeniu buriny a oslabuje konkurenciu s pestovanými rastlinami;
2) prispieva k zásobovaniu rastlín vodou a minerálmi;
3) zvyšuje prísun kyslíka ku koreňom.

4. Čím sa líši prírodný ekosystém od agroekosystému?

odpoveď:
1) veľká biodiverzita a rozmanitosť potravinových vzťahov a potravinových reťazcov;
2) vyvážený obeh látok;
3) dlhé obdobia existencie.

5. Rozšíriť mechanizmy, ktoré zabezpečujú stálosť počtu a tvaru chromozómov vo všetkých bunkách organizmov z generácie na generáciu?

odpoveď:
1) v dôsledku meiózy sa vytvárajú gaméty s haploidnou sadou chromozómov;
2) počas oplodnenia v zygote sa obnoví diploidná sada chromozómov, čo zabezpečuje stálosť sady chromozómov;
3) k rastu organizmu dochádza v dôsledku mitózy, ktorá zabezpečuje stálosť počtu chromozómov v somatických bunkách.

6. Aká je úloha baktérií v kolobehu látok?

odpoveď:
1) heterotrofné baktérie - rozkladače rozkladajú organické látky na minerály, ktoré sú absorbované rastlinami;
2) autotrofné baktérie (foto, chemotrofy) - výrobcovia syntetizujú organické látky z anorganických, zabezpečujú cirkuláciu kyslíka, uhlíka, dusíka atď.

7. Aké sú vlastnosti machových rastlín?

odpoveď:

2) machy sa rozmnožujú pohlavne aj nepohlavne so striedajúcimi sa generáciami: pohlavné (gametofyt) a nepohlavné (sporofyt);
3) dospelá machová rastlina je pohlavná generácia (gametofyt) a schránka so spórami je nepohlavná (sporofyt);
4) k hnojeniu dochádza v prítomnosti vody.

8. Veveričky spravidla žijú v ihličnatých lesoch a živia sa hlavne smrekovými semenami. Aké biotické faktory môžu viesť k zníženiu populácie veveričiek?

9. Je známe, že Golgiho aparát je obzvlášť dobre vyvinutý v žľazových bunkách pankreasu. Vysvetli prečo.

odpoveď:
1) v bunkách pankreasu sa syntetizujú enzýmy, ktoré sa hromadia v dutinách Golgiho aparátu;
2) v Golgiho aparáte sú enzýmy balené vo forme bublín;
3) z Golgiho aparátu sú enzýmy prenášané do vývodu pankreasu.

10. Ribozómy z rôznych buniek, celý súbor aminokyselín a rovnaké molekuly mRNA a tRNA boli umiestnené do skúmavky a boli vytvorené všetky podmienky pre syntézu proteínov. Prečo bude jeden typ proteínu syntetizovaný na rôznych ribozómoch v skúmavke?

odpoveď:
1) primárna štruktúra proteínu je určená sekvenciou aminokyselín;
2) templáty na syntézu proteínov sú rovnaké molekuly mRNA, v ktorých je zakódovaná rovnaká primárna proteínová štruktúra.

11. Aké znaky štruktúry sú charakteristické pre zástupcov typu Chordata?

odpoveď:
1) vnútorný axiálny skelet;
2) nervový systém vo forme trubice na dorzálnej strane tela;
3) medzery v tráviacej trubici.

12. Ďatelina rastie na lúke, opeľujú ju čmeliaky. Aké biotické faktory môžu viesť k poklesu populácie ďateliny?

odpoveď:
1) zníženie počtu čmeliakov;
2) zvýšenie počtu bylinožravých zvierat;
3) rozmnožovanie rastlín konkurentov (obilniny atď.).

13. Celková hmotnosť mitochondrií vo vzťahu k hmotnosti buniek rôznych orgánov potkana je: v pankrease - 7,9%, v pečeni - 18,4%, v srdci - 35,8%. Prečo majú bunky týchto orgánov odlišný obsah mitochondrií?

odpoveď:
1) mitochondrie sú energetické stanice bunky, v nich sa syntetizujú a akumulujú molekuly ATP;
2) pre intenzívnu prácu srdcového svalu je potrebná veľká energia, preto je obsah mitochondrií v jeho bunkách najvyšší;
3) v pečeni je počet mitochondrií vyšší v porovnaní s pankreasom, pretože má intenzívnejší metabolizmus.

14. Vysvetlite, prečo je nebezpečné jesť hovädzie mäso, ktoré neprešlo sanitárnou kontrolou, nedovarené alebo jemne vyprážané.

odpoveď:
1) v hovädzom mäse môžu byť plutvy pásomnice hovädzej;
2) v tráviacom kanáli sa z Fína vyvinie dospelý červ a človek sa stane konečným vlastníkom.

15. Pomenujte organoid rastlinnej bunky znázornený na obrázku, jej štruktúry označené číslami 1-3 a ich funkcie.

odpoveď:
1) zobrazený organoid je chloroplast;
2) 1 - grana tylakoidy, podieľajú sa na fotosyntéze;
3) 2 - DNA, 3 - ribozómy, sa podieľajú na syntéze vlastných chloroplastových proteínov.

16. Prečo baktérie nemožno klasifikovať ako eukaryoty?

odpoveď:
1) v ich bunkách je jadrová látka reprezentovaná jednou kruhovou molekulou DNA a nie je oddelená od cytoplazmy;
2) nemajú mitochondrie, Golgiho komplex, EPS;
3) nemajú špecializované zárodočné bunky, nedochádza k meióze a oplodneniu.

17. Aké zmeny biotických faktorov môžu viesť k zvýšeniu populácie slimáka nahého, ktorý žije v lese a živí sa prevažne rastlinami?

18. V listoch rastlín intenzívne prebieha proces fotosyntézy. Vyskytuje sa v zrelých a nezrelých plodoch? Vysvetlite odpoveď.

odpoveď:
1) fotosyntéza sa vyskytuje v nezrelých plodoch (keď sú zelené), pretože obsahujú chloroplasty;
2) pri dozrievaní sa chloroplasty menia na chromoplasty, v ktorých nedochádza k fotosyntéze.

19. Ktoré štádiá gametogenézy sú na obrázku označené písmenami A, B a C? Akú sadu chromozómov majú bunky v každom z týchto štádií? K rozvoju akých špecializovaných buniek tento proces vedie?

odpoveď:
1) A - štádium (zóna) reprodukcie (delenie), diploidné bunky;
2) B - rastové štádium (zóna), diploidná bunka;
3) B - štádium (zóna) dozrievania, vyvíjajú sa haploidné bunky, spermie.

20. Ako sa líšia bakteriálne bunky štruktúrou od buniek organizmov iných ríš voľne žijúcich živočíchov? Uveďte aspoň tri rozdiely.

odpoveď:
1) nie je vytvorené jadro, jadrová membrána;
2) chýba množstvo organel: mitochondrie, ER, Golgiho komplex atď.;
3) majú jeden kruhový chromozóm.

21. Prečo sú rastliny (producenti) považované za počiatočný článok obehu látok a premeny energie v ekosystéme?

odpoveď:
1) vytvárať organické látky z anorganických;
2) akumulovať slnečnú energiu;
3) poskytujú organickú hmotu a energiu organizmom iných častí ekosystému.

22. Aké procesy zabezpečujú pohyb vody a minerálov rastlinou?

odpoveď:
1) od koreňa k listom sa voda a minerály pohybujú cez cievy v dôsledku transpirácie, čo má za následok saciu silu;
2) vzostupný prúd v rastline je podporovaný tlakom koreňov, ku ktorému dochádza v dôsledku neustáleho prísunu vody ku koreňu v dôsledku rozdielu v koncentrácii látok v bunkách a prostredí.

23. Zvážte bunky zobrazené na obrázku. Určte, aké písmená označujú prokaryotické a eukaryotické bunky. Poskytnite dôkazy pre svoj názor.

odpoveď:
1) A - prokaryotická bunka, B - eukaryotická bunka;
2) bunka na obrázku A nemá vytvorené jadro, jej dedičný materiál je reprezentovaný kruhovým chromozómom;
3) bunka na obrázku B má dobre vytvorené jadro a organely.

24. Aká je komplikácia obehového systému obojživelníkov v porovnaní s rybami?

odpoveď:
1) srdce sa stáva trojkomorovým;
2) objaví sa druhý kruh krvného obehu;
3) srdce obsahuje venóznu a zmiešanú krv.

25. Prečo je zmiešaný lesný ekosystém považovaný za udržateľnejší ako smrekový lesný ekosystém?

odpoveď:
1) v zmiešanom lese je viac druhov ako v smrekovom lese;
2) v zmiešanom lese sú potravinové reťazce dlhšie a rozvetvenejšie ako v smrekovom lese;
3) v zmiešanom lese je viac vrstiev ako v smrekovom lese.

26. Úsek molekuly DNA má nasledujúce zloženie: GATGAATAGTGCTTC. Uveďte aspoň tri dôsledky, ku ktorým môže viesť náhodné nahradenie siedmeho nukleotidu tymínu cytozínom (C).

odpoveď:
1) dôjde k génovej mutácii – zmení sa kodón tretej aminokyseliny;
2) v proteíne môže byť jedna aminokyselina nahradená inou, v dôsledku čoho sa zmení primárna štruktúra proteínu;
3) všetky ostatné proteínové štruktúry sa môžu zmeniť, čo povedie k objaveniu sa novej črty v tele.

27. Červené riasy (karmínové) žijú vo veľkých hĺbkach. Napriek tomu v ich bunkách prebieha fotosyntéza. Vysvetlite, ako prebieha fotosyntéza, ak vodný stĺpec pohltí lúče červeno-oranžovej časti spektra.

odpoveď:
1) na fotosyntézu sú potrebné lúče nielen v červenej, ale aj v modrej časti spektra;
2) fialové bunky obsahujú červený pigment, ktorý pohlcuje lúče modrej časti spektra, ich energia sa využíva v procese fotosyntézy.

28. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte počty viet, v ktorých sa vyskytli chyby, opravte ich.
1. Koelenteráty sú trojvrstvové mnohobunkové živočíchy. 2. Majú žalúdočnú alebo črevnú dutinu. 3. Črevná dutina zahŕňa bodavé bunky. 4. Koelenteráty majú sieťovaný (difúzny) nervový systém. 5. Všetky črevné – voľne plávajúce organizmy.

1) 1 - koelenteráty - dvojvrstvové zvieratá;
2)3 - bodavé bunky sú obsiahnuté v ektoderme a nie v črevnej dutine;
3)5 - medzi koelenterátmi sú pripojené formuláre.

29. Ako prebieha výmena plynov v pľúcach a tkanivách u cicavcov? Aký je dôvod tohto procesu?

odpoveď:
1) výmena plynov je založená na difúzii, ktorá je spôsobená rozdielom v koncentrácii plynov (parciálny tlak) vo vzduchu alveol a v krvi;
2) kyslík z oblasti vysokého tlaku v alveolárnom vzduchu vstupuje do krvi a oxid uhličitý z oblasti vysokého tlaku v krvi vstupuje do alveol;
3) v tkanivách kyslík z oblasti vysokého tlaku v kapilárach vstupuje do medzibunkovej látky a potom do buniek orgánov. Oxid uhličitý z oblasti vysokého tlaku v medzibunkovej látke vstupuje do krvi.

30. Aká je účasť funkčných skupín organizmov na obehu látok v biosfére? Zvážte úlohu každého z nich v kolobehu látok v biosfére.

odpoveď:
1) výrobcovia syntetizujú organické látky z anorganických látok (oxid uhličitý, voda, dusík, fosfor a iné minerály), uvoľňujú kyslík (okrem chemotrofov);
2) konzumenti (a iné funkčné skupiny) organizmov využívajú a premieňajú organické látky, oxidujú ich pri dýchaní, absorbujú kyslík a uvoľňujú oxid uhličitý a vodu;
3) rozkladače rozkladajú organické látky na anorganické zlúčeniny dusíka, fosforu atď. a vracajú ich späť do životného prostredia.

31. Úsek molekuly DNA kódujúci sekvenciu aminokyselín v proteíne má nasledujúce zloženie: G-A-T-G-A-A-T-A-G-TT-C-T-T-C. Vysvetlite dôsledky náhodného pridania guanínového (G) nukleotidu medzi siedmy a ôsmy nukleotid.

odpoveď:
1) dôjde k génovej mutácii - kódy tretej a nasledujúcich aminokyselín sa môžu zmeniť;
2) primárna štruktúra proteínu sa môže zmeniť;
3) mutácia môže viesť k objaveniu sa novej črty v organizme.

32. Aké rastlinné orgány poškodzujú májové chrobáky v rôznych štádiách individuálneho vývoja?

odpoveď:
1) korene rastlín poškodzujú larvy;
2) listy stromov poškodzujú dospelých chrobákov.

33. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte počty viet, v ktorých sa vyskytli chyby, opravte ich.
1. Ploché červy sú trojvrstvové živočíchy. 2. Medzi ploštičníky patria biele planárie, ľudská škrkavka a motolice pečeňová. 3. Ploché červy majú predĺžené sploštené telo. 4. Majú dobre vyvinutý nervový systém. 5. Ploštěnky sú dvojdomé živočíchy, ktoré kladú vajíčka.

Chyby vo vetách:
1) 2 - do druhu ploskavca nepatrí škrkavka ľudská, je to škrkavka;
2) 4 - u plochých červov je nervový systém slabo vyvinutý;
3) 5 - Ploché červy - hermafrodity.

34. Čo je to plod? Aký význam má v živote rastlín a živočíchov?

odpoveď:
1) ovocie - generatívny orgán krytosemenných rastlín;
2) obsahuje semená, pomocou ktorých dochádza k rozmnožovaniu a presídľovaniu rastlín;
3) plody rastlín sú potravou pre zvieratá.

35. Väčšina druhov vtákov napriek ich teplokrvnosti odlieta na zimu zo severných oblastí. Uveďte aspoň tri faktory, ktoré spôsobujú migráciu týchto zvierat.

odpoveď:
1) potravinové predmety hmyzožravých vtákov sa stanú nedostupnými;
2) ľadová pokrývka na vodných plochách a snehová pokrývka na zemi zbavujú bylinožravé vtáky potravy;
3) zmena dĺžky denného svetla.

36. Ktoré mlieko, sterilizované alebo čerstvo nadojené, rýchlejšie skysne za rovnakých podmienok? Vysvetlite odpoveď.

odpoveď:
1) čerstvo nadojené mlieko rýchlejšie kysne, pretože obsahuje baktérie, ktoré spôsobujú fermentáciu produktu;
2) pri sterilizácii mlieka odumierajú bunky a spóry baktérií mliečneho kvasenia a mlieko sa skladuje dlhšie.

37. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte počty viet, v ktorých sa vyskytli chyby, vysvetlite ich.
1. Hlavnými triedami typu článkonožcov sú kôrovce, pavúkovce a hmyz. 2. Telo kôrovcov a pavúkovcov je rozdelené na hlavu, hrudník a brucho. 3. Telo hmyzu pozostáva z hlavonožca a brucha. 4. Pavúčí antény nie. 5. Hmyz má dva páry tykadiel, kým kôrovce jeden pár.

Chyby vo vetách:
1) 2 - telo kôrovcov a pavúkovcov pozostáva z cefalothoraxu a brucha;
2)3 - telo hmyzu pozostáva z hlavy, hrudníka a brucha;
3-5 - hmyz má jeden pár antén a kôrovce majú dva páry.

38. Dokážte, že podzemok rastliny je upravený výhonok.

odpoveď:
1) podzemok má uzliny, v ktorých sú základné listy a puky;
2) v hornej časti odnože je apikálny púčik, ktorý určuje rast výhonku;
3) náhodné korene odchádzajú z podzemku;
4) vnútorná anatomická štruktúra odnože je podobná stonke.

39. Človek používa chemikálie na ničenie škodcov. Uveďte aspoň tri zmeny v živote dubového lesa, ak je v ňom chemickou metódou zničený všetok bylinožravý hmyz. Vysvetlite, prečo k nim dôjde.

odpoveď:
1) počet rastlín opeľovaných hmyzom sa prudko zníži, pretože bylinožravý hmyz je opeľovačom rastlín;
2) počet hmyzožravých organizmov (spotrebiteľov druhého rádu) sa prudko zníži alebo vymiznú v dôsledku narušenia potravinových reťazcov;
3) časť chemikálií používaných na ničenie hmyzu vstúpi do pôdy, čo povedie k narušeniu života rastlín, smrti pôdnej flóry a fauny, všetky porušenia môžu viesť k smrti dubových lesov.

40. Prečo môže antibiotická liečba viesť k dysfunkcii čriev? Vymenujte aspoň dva dôvody.

odpoveď:
1) antibiotiká zabíjajú prospešné baktérie, ktoré žijú v ľudskom čreve;
2) rozpad vlákien, absorpcia vody a iné procesy sú narušené.

41. Ktorá časť listu je na obrázku označená písmenom A a z akých štruktúr pozostáva? Aké sú funkcie týchto štruktúr?

1) písmeno A označuje cievny vláknitý zväzok (žilu), zväzok zahŕňa cievy, sitkové trubice, mechanické tkanivo;
2) plavidlá zabezpečujú transport vody k listom;
3) sitové trubice zabezpečujú transport organických látok z listov do iných orgánov;
4) mechanické tkanivové bunky dodávajú pevnosť a tvoria kostru listu.

42. Aké sú charakteristické znaky ríše húb?

odpoveď:
1) telo húb pozostáva z vlákien - hýf, ktoré tvoria mycélium;
2) rozmnožovať sa pohlavne a nepohlavne (spóry, mycélium, pučanie);
3) rast počas života;
4) v bunke: obal obsahuje látku podobnú chitínu, rezervnú živinu - glykogén.

43. V malej nádrži, ktorá vznikla po rozvodnení rieky, sa našli tieto organizmy: nálevníky, dafnie, biele planáriky, veľký rybničný slimák, kyklop, hydra. Vysvetlite, či možno túto vodnú plochu považovať za ekosystém. Uveďte aspoň tri dôkazy.

odpoveď:
Pomenovanú dočasnú nádrž nemožno nazvať ekosystémom, pretože v nej:
1) neexistujú žiadni výrobcovia;
2) neexistujú žiadne rozkladače;
3) nedochádza k uzavretému obehu látok a sú prerušené potravinové reťazce.

44. Prečo sa pod škrtidlom, ktorý sa aplikuje na zastavenie krvácania z veľkých ciev, vkladá lístok s uvedením času jeho priloženia?

odpoveď:
1) po prečítaní poznámky môžete určiť, koľko času uplynulo od použitia turniketu;
2) ak po 1-2 hodinách nebolo možné doručiť pacienta k lekárovi, potom by sa mal turniket na chvíľu uvoľniť. Tým sa zabráni nekróze tkaniva.

45. Pomenujte štruktúry miechy označené na obrázku číslami 1 a 2 a popíšte znaky ich stavby a funkcie.

odpoveď:
1) 1 - šedá hmota tvorená telami neurónov;
2) 2 - biela hmota, tvorená dlhými procesmi neurónov;
3) šedá hmota plní reflexnú funkciu, biela hmota - vodivú funkciu.

46. ​​​​Akú úlohu hrajú slinné žľazy pri trávení u cicavcov? Uveďte aspoň tri funkcie.

odpoveď:
1) sekrécia slinných žliaz zvlhčuje a dezinfikuje jedlo;
2) sliny sa podieľajú na tvorbe bolusu potravy;
3) slinné enzýmy prispievajú k rozkladu škrobu.

47. V dôsledku sopečnej činnosti vznikol v oceáne ostrov. Opíšte postupnosť formovania ekosystému na novovytvorenom pozemku. Uveďte aspoň tri položky.

odpoveď:
1) prvé, ktoré sa usadia, sú mikroorganizmy a lišajníky, ktoré poskytujú tvorbu pôdy;
2) rastliny sa usadzujú na pôde, ktorých spóry alebo semená sú prenášané vetrom alebo vodou;
3) s vývojom vegetácie sa v ekosystéme objavujú zvieratá, predovšetkým článkonožce a vtáky.

48. Skúsení záhradníci aplikujú hnojivo do žliabkov umiestnených pozdĺž okrajov kruhov okolo stonky ovocných stromov a nerozdeľujú ich rovnomerne. Vysvetli prečo.

odpoveď:
1) koreňový systém rastie, sacia zóna sa pohybuje za koreňovou špičkou;
2) korienky s vyvinutou sacou zónou - koreňové chĺpky - sa nachádzajú pozdĺž okrajov kruhov blízko stonky.

49. Aký upravený výhonok je znázornený na obrázku? Pomenujte prvky štruktúry označené na obrázku číslami 1, 2, 3 a funkcie, ktoré vykonávajú.

odpoveď:
1) žiarovka;
2) 1 - šťavnatý šupinatý list, v ktorom sú uložené živiny a voda;
3) 2 - náhodné korene, ktoré zabezpečujú absorpciu vody a minerálov;
4) 3 - oblička, zabezpečuje rast výhonku.

50. Aké sú znaky stavby a života machov? Uveďte aspoň tri položky.

odpoveď:
1) väčšina machov sú listnaté rastliny, niektoré z nich majú rizoidy;
2) machy majú slabo vyvinutý vodivý systém;
3) machy sa rozmnožujú pohlavne aj nepohlavne, so striedaním generácií: pohlavné (gametofyt) a nepohlavné (sporofyt); dospelá rastlina machu je sexuálna generácia a schránka spór je asexuálna.

51. Následkom lesného požiaru vyhorela časť smrekového lesa. Vysvetlite, ako sa to samoliečí. Uveďte aspoň tri kroky.

odpoveď:
1) najskôr sa vyvinú bylinné svetlomilné rastliny;
2) potom sa objavia výhonky brezy, osiky, borovice, ktorých semená padajú pomocou vetra, vzniká malolistý alebo borovicový les.
3) pod klenbou svetlomilných druhov sa vyvíjajú smreky odolné voči tieňom, ktoré následne úplne vytláčajú ostatné stromy.

52. Na zistenie príčiny dedičnej choroby boli vyšetrené bunky pacienta a bola zistená zmena dĺžky jedného z chromozómov. Aká výskumná metóda umožnila zistiť príčinu tohto ochorenia? S akým druhom mutácie sa spája?

odpoveď:
1) príčina ochorenia je stanovená pomocou cytogenetickej metódy;
2) ochorenie je spôsobené chromozomálnou mutáciou – stratou alebo pridaním fragmentu chromozómu.

53. Ktoré písmeno na obrázku označuje blastulu vo vývojovom cykle lanceletu. Aké sú znaky tvorby blastuly?

odpoveď:
1) blastula je označená písmenom G;
2) blastula vzniká počas drvenia zygoty;
3) veľkosť blastuly nepresahuje veľkosť zygoty.

54. Prečo sú huby izolované v osobitnom kráľovstve organického sveta?

odpoveď:
1) telo húb pozostáva z tenkých rozvetvených vlákien - hýf, ktoré tvoria mycélium alebo mycélium;
2) bunky mycélia uchovávajú sacharidy vo forme glykogénu;
3) huby nemožno pripísať rastlinám, pretože ich bunky neobsahujú chlorofyl a chloroplasty; stena obsahuje chitín;
4) huby nemožno pripísať zvieratám, pretože absorbujú živiny z celého povrchu tela a neprehĺtajú ich vo forme hrudiek.

55. V niektorých lesných biocenózach sa na ochranu kurčiat vykonával hromadný odstrel denných dravcov. Vysvetlite, ako táto udalosť ovplyvnila počet kurčiat.

odpoveď:
1) najprv sa zvýšil počet kurčiat, pretože ich nepriatelia (prirodzene regulujúci počet) boli zničení;
2) potom sa počet kurčiat znížil kvôli nedostatku potravy;
3) v dôsledku šírenia chorôb a absencie predátorov sa zvýšil počet chorých a oslabených jedincov, čo ovplyvnilo aj pokles počtu kurčiat.

56. Farba srsti bieleho zajaca sa počas roka mení: v zime je zajac biely a v lete šedý. Vysvetlite, aký typ variability sa pozoruje u zvieraťa a čo určuje prejav tohto znaku.

odpoveď:
1) u zajaca sa pozoruje prejav modifikačnej (fenotypovej, nededičnej) variability;
2) prejav tejto vlastnosti je určený zmenami podmienok prostredia (teplota, dĺžka dňa).

57. Vymenujte štádiá embryonálneho vývoja lanceletu, označené na obrázku písmenami A a B. Rozviňte znaky formovania každého z týchto štádií.
A B

odpoveď:
1) A - gastrula - štádium dvojvrstvového embrya;
2) B - neurula, má začiatky budúcej larvy alebo dospelého organizmu;
3) gastrula vzniká invagináciou steny blastuly a v neurule sa najskôr položí nervová platnička, ktorá slúži ako regulátor uloženia zvyšku orgánových systémov.

58. Aké sú hlavné znaky štruktúry a životnej aktivity baktérií. Uveďte aspoň štyri funkcie.

odpoveď:
1) baktérie - predjadrové organizmy, ktoré nemajú formalizované jadro a veľa organel;
2) podľa spôsobu výživy sú baktérie heterotrofné a autotrofné;
3) vysoká miera reprodukcie delením;
4) anaeróby a aeróby;
5) nepriaznivé podmienky sa vyskytujú v stave sporu.

59. Aký je rozdiel medzi prostredím zem-vzduch a vodou?

odpoveď:
1) obsah kyslíka;
2) rozdiely v kolísaní teploty (široká amplitúda kolísania v prostredí zem-vzduch);
3) stupeň osvetlenia;
4) hustota.

odpoveď:
1) morské riasy majú schopnosť akumulovať chemický prvok jód;
2) Jód je nevyhnutný pre normálnu funkciu štítnej žľazy.

61. Prečo sa brvitá bunka topánok považuje za integrálny organizmus? Aké organely brvitých topánok sú na obrázku označené číslami 1 a 2 a aké funkcie vykonávajú?

odpoveď:
1) ciliátová bunka vykonáva všetky funkcie nezávislého organizmu: metabolizmus, reprodukcia, podráždenosť, adaptácia;
2) 1 - malé jadro, podieľa sa na sexuálnom procese;
3) 2 - veľké jadro, reguluje životne dôležité procesy.

61. Aké sú znaky stavby a života húb? Uveďte aspoň tri funkcie.

62. Vysvetlite poškodenie rastlín spôsobené kyslými dažďami. Uveďte aspoň tri dôvody.

odpoveď:
1) priamo poškodzujú orgány a tkanivá rastlín;
2) znečisťovať pôdu, znižovať úrodnosť;
3) znížiť produktivitu rastlín.

63. Prečo sa cestujúcim odporúča cmúľať lízanky pri štarte alebo pristávaní lietadla?

odpoveď:
1) rýchla zmena tlaku počas vzletu alebo pristátia lietadla spôsobuje nepohodlie v strednom uchu, kde počiatočný tlak na bubienok trvá dlhšie;
2) prehĺtacie pohyby zlepšujú prístup vzduchu do sluchovej (Eustachovej) trubice, cez ktorú sa tlak v stredoušnej dutine vyrovnáva s tlakom v okolí.

64. Čím sa líši obehová sústava článkonožcov od obehovej sústavy annelidiek? Uveďte aspoň tri znaky, ktoré dokazujú tieto rozdiely.

odpoveď:
1) u článkonožcov je obehový systém otvorený a u annelidov je uzavretý;
2) článkonožce majú srdce na chrbtovej strane;
3) annelids nemajú srdce, jeho funkciu vykonáva prstencová cieva.

65. Aký druh je zviera zobrazené na obrázku? Čo je označené číslami 1 a 2? Vymenujte ďalších predstaviteľov tohto typu.

odpoveď:
1) podľa typu čreva;
2) 1 - ektoderm, 2 - črevná dutina;
3) koralové polypy, medúzy.

66. Aké sú morfologické, fyziologické a behaviorálne adaptácie na teplotu prostredia u teplokrvných živočíchov?

odpoveď:
1) morfologické: tepelnoizolačné obaly, vrstva podkožného tuku, zmeny na povrchu tela;
2) fyziologické: zvýšená intenzita odparovania potu a vlhkosti pri dýchaní; zúženie alebo rozšírenie krvných ciev, zmeny v úrovni metabolizmu;
3) behaviorálne: stavba hniezd, nôr, zmeny dennej a sezónnej aktivity v závislosti od teploty prostredia.

67. Ako prebieha príjem genetickej informácie z jadra do ribozómu?

odpoveď:
1) syntéza mRNA prebieha v jadre v súlade s princípom komplementarity;
2) mRNA - kópia úseku DNA obsahujúca informácie o primárnej štruktúre proteínu sa presúva z jadra do ribozómu.

68. Aká je komplikácia papradí v porovnaní s machmi? Dajte aspoň tri znamenia.

odpoveď:
1) paprade majú korene;
2) u papradí sa na rozdiel od machov vytvorilo vyvinuté vodivé pletivo;
3) vo vývojovom cykle papraďorastov prevažuje nepohlavná generácia (sporofyt) nad pohlavnou (gametofyt), ktorú predstavuje výrastok.

69. Pomenujte embryonálnu vrstvu stavovca, označenú na obrázku číslom 3. Aký druh tkaniva a aké orgány sú z neho vytvorené.

odpoveď:
1) zárodočná vrstva - endoderm;
2epiteliálne tkanivo (črevný a respiračný epitel);
3) orgány: črevá, tráviace žľazy, dýchacie orgány, niektoré endokrinné žľazy.

70. Akú úlohu zohrávajú vtáky v biocenóze lesa? Uveďte aspoň tri príklady.

odpoveď:
1) regulovať počet rastlín (rozdeľovať plody a semená);
2) regulovať počet hmyzu, malých hlodavcov;
3) slúžiť ako potrava pre predátorov;
4) hnojiť pôdu.

71. Aká je ochranná úloha leukocytov v ľudskom tele?

odpoveď:
1) leukocyty sú schopné fagocytózy - požierajú a trávia bielkoviny, mikroorganizmy, mŕtve bunky;
2) leukocyty sa podieľajú na tvorbe protilátok, ktoré neutralizujú určité antigény.

72. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte čísla návrhov, v ktorých sú urobené, opravte ich.
Podľa chromozómovej teórie dedičnosti:
1. Gény sú umiestnené na chromozómoch v lineárnom poradí. 2. Každý zaujíma určité miesto – alelu. 3. Gény na jednom chromozóme tvoria väzbovú skupinu. 4. Počet väzbových skupín je určený diploidným bórom chromozómov. 5. K porušeniu génovej väzby dochádza v procese konjugácie chromozómov v profáze meiózy.

Chyby vo vetách:
1)2 - umiestnenie génu - lokus;
2)4 - počet väzbových skupín sa rovná haploidnej sade chromozómov;
3)5 - pri prekrížení dochádza k prerušeniu génovej väzby.

73. Prečo niektorí vedci označujú euglenu zelenú za rastlinu a iní za živočícha? Uveďte aspoň tri dôvody.

odpoveď:
1) schopné heterotrofnej výživy, ako všetky zvieratá;
2) schopný aktívneho pohybu pri hľadaní potravy, ako všetky zvieratá;
3) obsahuje v bunke chlorofyl a je schopný autotrofnej výživy, ako rastliny.

74. Aké procesy prebiehajú v štádiách energetického metabolizmu?

odpoveď:
1) v prípravnom štádiu sa zložité organické látky štiepia na menej zložité (biopolyméry - až monoméry), energia sa rozptýli vo forme tepla;
2) v procese glykolýzy sa glukóza rozkladá na kyselinu pyrohroznovú (alebo kyselinu mliečnu alebo alkohol) a syntetizujú sa 2 molekuly ATP;
3) v kyslíkovom štádiu sa kyselina pyrohroznová (pyruvát) rozkladá na oxid uhličitý a vodu a syntetizuje sa 36 molekúl ATP.

75. V rane vytvorenej na ľudskom tele sa krvácanie nakoniec zastaví, ale môže dôjsť k hnisaniu. Vysvetlite, akými vlastnosťami krvi je to spôsobené.

odpoveď:
1) krvácanie sa zastaví v dôsledku zrážania krvi a tvorby krvnej zrazeniny;
2) Hnisanie je spôsobené nahromadením mŕtvych leukocytov, ktoré vykonali fagocytózu.

76. Nájdite chyby v danom texte, opravte ich. Uveďte počty viet, v ktorých sa vyskytli chyby, vysvetlite ich.
1. Bielkoviny majú veľký význam v stavbe a živote organizmov. 2. Ide o biopolyméry, ktorých monoméry sú dusíkaté zásady. 3. Bielkoviny sú súčasťou plazmatickej membrány. 4. Mnohé proteíny vykonávajú v bunke enzymatickú funkciu. 5. V molekulách bielkovín sú zakódované dedičné informácie o vlastnostiach organizmu. 6. Proteín a molekuly tRNA sú súčasťou ribozómov.

Chyby vo vetách:
1) 2 - proteínové monoméry sú aminokyseliny;
2)5 - dedičná informácia o vlastnostiach organizmu je zašifrovaná v molekulách DNA;
3)6- ribozómy obsahujú molekuly rRNA, nie tRNA.

77. Čo je to krátkozrakosť? Na ktorú časť oka je zaostrený obraz u krátkozrakého človeka? Aký je rozdiel medzi vrodenou a získanou formou krátkozrakosti?

odpoveď:
1) krátkozrakosť je ochorenie orgánov zraku, pri ktorom človek nerozlišuje vzdialené predmety;
2) u krátkozrakého človeka sa obraz predmetov objaví pred sietnicou;
3) s vrodenou krátkozrakosťou sa tvar očnej gule mení (predlžuje);
4) získaná krátkozrakosť je spojená so zmenou (zvýšenie) zakrivenia šošovky.

78. Aký je rozdiel medzi kostrou ľudskej hlavy a kostrou hlavy ľudoopov? Uveďte aspoň štyri rozdiely.

odpoveď:
1) prevaha mozgu lebky nad tvárou;
2) zmenšenie čeľusťového aparátu;
3) prítomnosť bradového výčnelku na spodnej čeľusti;
4) redukcia nadočnicových oblúkov.

79. Prečo sa objem moču vylúčeného ľudským telom za deň nerovná objemu tekutiny vypitej za rovnaký čas?

odpoveď:
1) časť vody telo využíva alebo sa tvorí v metabolických procesoch;
2) časť vody sa vyparuje cez dýchacie orgány a potné žľazy.

80. Nájdite chyby v danom texte, opravte ich, označte čísla viet, v ktorých sú urobené, zapíšte tieto vety bez chýb.
1. Živočíchy sú heterotrofné organizmy, živia sa hotovými organickými látkami. 2. Existujú jednobunkové a mnohobunkové živočíchy. 3. Všetky mnohobunkové živočíchy majú obojstrannú symetriu tela. 4. Väčšina z nich má vyvinuté rôzne pohybové orgány. 5. Obehový systém majú iba článkonožce a strunatce. 6. Postembryonálny vývoj u všetkých mnohobunkových živočíchov je priamy.

Chyby vo vetách:
1) 3 - nie všetky mnohobunkové zvieratá majú bilaterálnu symetriu tela; napríklad v koelenterátoch je radiálny (radiálny);
2) 5 - obehový systém je prítomný aj u annelidov a mäkkýšov;
3) 6 - priamy postembryonálny vývoj nie je vlastný všetkým mnohobunkovým živočíchom.

81. Aký význam má krv v živote človeka?

odpoveď:
1) vykonáva transportnú funkciu: dodávanie kyslíka a živín do tkanív a buniek, odstraňovanie oxidu uhličitého a metabolických produktov;
2) vykonáva ochrannú funkciu v dôsledku aktivity leukocytov a protilátok;
3) podieľa sa na humorálnej regulácii vitálnej aktivity organizmu.

82. Použite informácie o skorých štádiách embryogenézy (zygota, blastula, gastrula) na potvrdenie postupnosti vývoja živočíšneho sveta.

odpoveď:
1) štádium zygoty zodpovedá jednobunkovému organizmu;
2) štádium blastuly, kde bunky nie sú diferencované, je podobné koloniálnym formám;
3) embryo v štádiu gastruly zodpovedá štruktúre črevnej dutiny (hydra).

83. Zavedenie veľkých dávok liekov do žily je sprevádzané ich riedením fyziologickým roztokom (0,9 % roztok NaCl). Vysvetli prečo.

odpoveď:
1) zavedenie veľkých dávok liekov bez riedenia môže spôsobiť prudkú zmenu v zložení krvi a nezvratné javy;
2) koncentrácia fyziologického roztoku (0,9% roztok NaCl) zodpovedá koncentrácii solí v krvnej plazme a nespôsobuje smrť krviniek.

84. Nájdite chyby v danom texte, opravte ich, uveďte čísla viet, v ktorých sú urobené, zapíšte tieto vety bez chýb.
1. Živočíchy typu článkonožcov majú vonkajší chitínový obal a kĺbové končatiny. 2. Telo väčšiny z nich pozostáva z troch častí: hlavy, hrudníka a brucha. 3. Všetky článkonožce majú jeden pár tykadiel. 4. Ich oči sú zložité (fazetované). 5. Obehový systém hmyzu je uzavretý.

Chyby vo vetách:
1)3 - nie všetky článkonožce majú jeden pár tykadiel (pavúkovce ich nemajú a kôrovce majú každý dva páry);
2) 4 - nie všetky článkonožce majú zložené (zložené) oči: u pavúkovcov sú jednoduché alebo chýbajú, u hmyzu spolu so zloženými očami môžu byť jednoduché;
3-5 - obehový systém u článkonožcov nie je uzavretý.

85. Aké sú funkcie tráviaceho systému človeka?

odpoveď:
1) mechanické spracovanie potravín;
2) chemické spracovanie potravín;
3) pohyb potravín a odstraňovanie nestrávených zvyškov;
4) vstrebávanie živín, minerálnych solí a vody do krvi a lymfy.

86. Čo charakterizuje biologický pokrok kvitnúcich rastlín? Uveďte aspoň tri funkcie.

odpoveď:
1) široká škála populácií a druhov;
2) široké osídlenie na zemeguli;
3) adaptabilita na život v rôznych podmienkach prostredia.

87. Prečo by sa malo jedlo dôkladne žuť?

odpoveď:
1) dobre žuvané jedlo sa v ústnej dutine rýchlo nasýti slinami a začne sa tráviť;
2) dobre rozžutá potrava sa v žalúdku a črevách rýchlo nasýti tráviacimi šťavami a preto je ľahšie stráviteľná.

88. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte čísla návrhov, v ktorých sú urobené, opravte ich.
1. Populácia je súbor voľne sa krížiacich jedincov toho istého druhu, ktorí dlhodobo obývajú spoločné územie 2. Rôzne populácie toho istého druhu sú od seba relatívne izolované a ich jedince sa nekrížia. 3. Genofond všetkých populácií toho istého druhu je rovnaký. 4. Populácia je elementárnou jednotkou evolúcie. 5. Skupina žiab rovnakého druhu žijúca jedno leto v hlbokej mláke je populácia.

Chyby vo vetách:
1)2 - populácie toho istého druhu sú čiastočne izolované, ale môžu sa krížiť jedinci rôznych populácií;
2)3 — genofondy rôznych populácií toho istého druhu sú odlišné;
3) 5 - skupina žiab nie je populácia, pretože skupina jedincov toho istého druhu sa považuje za populáciu, ak zaberá rovnaký priestor počas veľkého počtu generácií.

89. Prečo sa v lete pri dlhotrvajúcom smäde odporúča piť osolenú vodu?

odpoveď:
1) v lete sa u človeka zvyšuje potenie;
2) minerálne soli sa vylučujú z tela potom;
3) slaná voda obnovuje normálnu rovnováhu voda-soľ medzi tkanivami a vnútorným prostredím tela.

90. Čo dokazuje, že človek patrí do triedy cicavcov?

odpoveď:
1) podobnosť štruktúry orgánových systémov;
2) prítomnosť vlasovej línie;
3) vývoj embrya v maternici;
4) kŕmenie potomstva mliekom, starostlivosť o potomstvo.

91. Aké procesy zachovávajú stálosť chemického zloženia ľudskej krvnej plazmy?

odpoveď:
1) procesy v pufrovacích systémoch udržiavajú reakciu média (pH) na konštantnej úrovni;
2) uskutočňuje sa neurohumorálna regulácia chemického zloženia plazmy.

92. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte čísla návrhov, v ktorých sú urobené, vysvetlite ich.
1. Populácia je súbor voľne sa krížiacich jedincov rôznych druhov, ktorí dlhodobo obývajú spoločné územie 2. Hlavnými skupinovými charakteristikami populácie sú počet, hustota, vek, pohlavie a priestorové štruktúry. 3. Súhrn všetkých génov populácie sa nazýva genofond. 4. Obyvateľstvo je štruktúrna jednotka živej prírody. 5. Počet populácií je vždy stabilný.

Chyby vo vetách:
1)1 - populácia je súbor voľne sa krížiacich jedincov toho istého druhu, ktorí dlhodobo obývajú spoločné územie populácie;
2)4 - populácia je štrukturálna jednotka druhu;
3-5 - počet populácií sa môže meniť v rôznych ročných obdobiach a rokoch.

93. Aké štruktúry tela chránia ľudské telo pred účinkami teplotných faktorov prostredia? Vysvetlite ich úlohu.

odpoveď:
1) podkožné tukové tkanivo chráni telo pred ochladením;
2) potné žľazy tvoria pot, ktorý pri odparovaní chráni pred prehriatím;
3) vlasy na hlave chránia telo pred ochladením a prehriatím;
4) zmena lúmenu kožných kapilár reguluje prenos tepla.

94. Uveďte aspoň tri progresívne biologické znaky človeka, ktoré nadobudol v procese dlhého vývoja.

odpoveď:
1) zvýšenie mozgu a mozgovej časti lebky;
2) vzpriamené držanie tela a zodpovedajúce zmeny na kostre;
3) oslobodenie a rozvoj ruky, opozícia palca.

95. Aké delenie meiózy je podobné mitóze? Vysvetlite, ako sa prejavuje a k akému súboru chromozómov v bunke vedie.

odpoveď:
1) podobnosť s mitózou sa pozoruje v druhej divízii meiózy;
2) všetky fázy sú podobné, sesterské chromozómy (chromatidy) sa rozchádzajú k pólom bunky;
3) výsledné bunky majú haploidnú sadu chromozómov.

96. Aký je rozdiel medzi arteriálnym krvácaním a venóznym krvácaním?

odpoveď:
1) s arteriálnym krvácaním, šarlátovou krvou;
2) vystrelí z rany silným prúdom, fontánou.

97. Schéma akého procesu prebiehajúceho v ľudskom tele je znázornená na obrázku? Čo je základom tohto procesu a ako sa v dôsledku toho mení zloženie krvi? Vysvetlite odpoveď.
kapilárnej

odpoveď:
1) obrázok znázorňuje schému výmeny plynov v pľúcach (medzi pľúcnym vezikulom a krvnou kapilárou);
2) výmena plynov je založená na difúzii - prienik plynov z miesta s vysokým tlakom do miesta s menším tlakom;
3) v dôsledku výmeny plynov je krv nasýtená kyslíkom a mení sa z venóznej (A) na arteriálnu (B).

98. Aký vplyv má hypodynamia (nízka motorická aktivita) na ľudský organizmus?

odpoveď:
hypodynamia vedie k:
1) k zníženiu úrovne metabolizmu, zvýšeniu tukového tkaniva, nadváhe;
2) oslabenie kostrových a srdcových svalov, zvýšenie zaťaženia srdca a zníženie vytrvalosti tela;
3) stagnácia žilovej krvi v dolných končatinách, vazodilatácia, poruchy krvného obehu.

(Povolené sú aj iné formulácie odpovede, ktoré neskresľujú jej význam.)

99. Aké sú vlastnosti rastlín, ktoré žijú v suchých podmienkach?

odpoveď:
1) koreňový systém rastlín preniká hlboko do pôdy, dosahuje podzemnú vodu alebo sa nachádza v povrchovej vrstve pôdy;
2) v niektorých rastlinách sa počas sucha ukladá voda v listoch, stonkách a iných orgánoch;
3) listy sú pokryté voskovým povlakom, pubescentné alebo upravené na tŕne alebo ihly.

100. Aký je dôvod, prečo sa ióny železa musia dostať do krvi človeka? Vysvetlite odpoveď.

odpoveď:

2) erytrocyty zabezpečujú transport kyslíka a oxidu uhličitého.

101. Ktorými cievami a aká krv vstupuje do srdcových komôr označených na obrázku číslami 3 a 5? S akým kruhom krvného obehu je každá z týchto štruktúr srdca spojená?

odpoveď:
1) venózna krv vstupuje do komory označenej číslom 3 z hornej a dolnej dutej žily;
2) komora označená číslom 5 dostáva arteriálnu krv z pľúcnych žíl;
3) srdcová komora označená číslom 3 je spojená s veľkým kruhom krvného obehu;
4) srdcová komora označená číslom 5 je spojená s pľúcnym obehom.

102. Čo sú vitamíny, aká je ich úloha v živote ľudského tela?

odpoveď:
1) vitamíny - biologicky aktívne organické látky potrebné v malých množstvách;
2) sú súčasťou enzýmov, podieľajú sa na metabolizme;
3) zvýšiť odolnosť organizmu voči nepriaznivým vplyvom prostredia, stimulovať rast, vývoj organizmu, obnovu tkanív a buniek.

103. Tvar tela motýľa Kalima pripomína list. Ako vznikol podobný tvar tela u motýľa?

odpoveď:
1) výskyt rôznych dedičných zmien u jedincov;
2) zachovanie prirodzeným výberom jedincov s upraveným tvarom tela;
3) rozmnožovanie a distribúcia jedincov s tvarom tela pripomínajúcim list.

104. Aká je povaha väčšiny enzýmov a prečo pri zvýšení úrovne žiarenia strácajú svoju aktivitu?

odpoveď:
1) väčšina enzýmov sú bielkoviny;
2) pôsobením žiarenia dochádza k denaturácii, mení sa štruktúra proteín-enzým.

105. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte počty návrhov, v ktorých sú urobené, opravte ich.
1. Rastliny, ako všetky živé organizmy, sa živia, dýchajú, rastú, rozmnožujú sa. 2. Podľa spôsobu výživy sa rastliny zaraďujú medzi autotrofné organizmy. 3. Pri dýchaní rastliny absorbujú oxid uhličitý a uvoľňujú kyslík. 4. Všetky rastliny sa rozmnožujú semenami. 5. Rastliny, podobne ako zvieratá, rastú len v prvých rokoch života.

Chyby vo vetách:
1) 3 - pri dýchaní rastliny absorbujú kyslík a uvoľňujú oxid uhličitý;
2-4 - iba kvitnúce a gymnospermy sa množia semenami a riasy, machy, paprade - spórami;
3-5 - rastliny rastú počas celého života, majú neobmedzený rast.

106. Aký je dôvod, prečo sa ióny železa musia dostať do krvi človeka? Vysvetlite odpoveď.

odpoveď:
1) ióny železa sú súčasťou hemoglobínu erytrocytov;
2) erytrocytový hemoglobín zabezpečuje transport kyslíka a oxidu uhličitého, keďže je schopný viazať sa na tieto plyny;
3) prísun kyslíka je nevyhnutný pre energetický metabolizmus bunky a oxid uhličitý je jej konečným produktom, ktorý sa má odstrániť.

107. Vysvetlite, prečo sú ľudia rôznych rás klasifikovaní ako ten istý druh. Uveďte aspoň tri dôkazy.

odpoveď:
1) podobnosť štruktúry, životných procesov, správania;
2) genetická jednota - rovnaký súbor chromozómov, ich štruktúra;
3) medzirasové manželstvá produkujú potomstvo schopné reprodukcie.

108. V starovekej Indii ponúkli osobe podozrivej zo zločinu, aby prehltla hrsť suchej ryže. Ak sa mu to nepodarilo, vina sa považovala za preukázanú. Uveďte fyziologické odôvodnenie tohto procesu.

odpoveď:
1) prehĺtanie je komplexný reflexný akt, ktorý je sprevádzaný slinením a podráždením koreňa jazyka;
2) pri silnom vzrušení je slinenie výrazne inhibované, ústa sú suché a nedochádza k prehĺtaniu.

109. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte čísla návrhov, v ktorých sú urobené, vysvetlite ich.
1. Zloženie potravinového reťazca biogeocenózy zahŕňa výrobcov, spotrebiteľov a rozkladačov. 2. Prvým článkom potravinového reťazca sú spotrebitelia. 3. Spotrebitelia vo svete akumulujú energiu absorbovanú v procese fotosyntézy. 4. V tmavej fáze fotosyntézy sa uvoľňuje kyslík. 5. Reduktory prispievajú k uvoľňovaniu energie nahromadenej spotrebiteľmi a výrobcami.

Chyby vo vetách:
1) 2 - prvý odkaz sú výrobcovia;
2) 3 - spotrebitelia nie sú schopní fotosyntézy;
3)4 - kyslík sa uvoľňuje vo svetelnej fáze fotosyntézy.

110. Aké sú príčiny anémie u ľudí? Uveďte aspoň tri možné dôvody.

odpoveď:
1) veľká strata krvi;
2) podvýživa (nedostatok železa a vitamínov atď.);
3) porušenie tvorby erytrocytov v hematopoetických orgánoch.

111. Muška osa má podobnú farbu a tvar tela ako osa. Vymenujte typ jeho ochranného prostriedku, vysvetlite jeho význam a relatívnu povahu zdatnosti.

odpoveď:
1) typ prispôsobenia - mimika, imitácia farby a tvaru tela nechráneného živočícha na chráneného;
2) podobnosť s osou varuje možného predátora pred nebezpečenstvom bodnutia;
3) mucha sa stáva korisťou mladých vtákov, ktoré ešte nemajú vyvinutý reflex na osu.

112. Vytvorte potravinový reťazec pomocou všetkých nasledujúcich predmetov: humus, pavúk, jastrab, sýkorka veľká, mucha domáca. Určte spotrebiteľov tretieho rádu v zostavenom reťazci.

odpoveď:
1) humus -> mucha domáca -> kríženec -> sýkorka veľká -> jastrab;
2) konzument tretieho rádu - sýkorka uhlia.

113. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte počty viet, v ktorých sa vyskytli chyby, opravte ich.
1. Annelids sú najviac organizované zvieratá rezu iných druhov červov. 2. Krúžkovce majú otvorený obehový systém. 3. Telo annelidov pozostáva z identických segmentov. 4. V annelidoch nie je žiadna telesná dutina. 5. Nervový systém annelids je reprezentovaný perifaryngeálnym prstencom a dorzálnym nervovým reťazcom.

Chyby vo vetách:
1) 2 - Krúžkovce majú uzavretý obehový systém;
2) 4 - Annelids majú telovú dutinu;
3-5 - nervový reťazec sa nachádza na ventrálnej strane tela.

114. Uveďte aspoň tri aromorfózy suchozemských rastlín, ktoré im umožnili ako prvé ovládnuť krajinu. Odpoveď zdôvodnite.

odpoveď:
1) vznik integumentárneho tkaniva - epidermis s prieduchmi - prispieva k ochrane pred vyparovaním;
2) vzhľad vodivého systému, ktorý zabezpečuje transport látok;
3) vývoj mechanického tkaniva, ktoré plní podpornú funkciu.

115. Vysvetlite príčinu veľkej rozmanitosti vačnatcov v Austrálii a ich absenciu na iných kontinentoch.

odpoveď:
1) Austrália oddelená od ostatných kontinentov počas rozkvetu vačkovcov pred objavením sa placentárnych zvierat (geografická izolácia);
2) prírodné podmienky Austrálie prispeli k divergencii znakov vačnatcov a aktívnej speciácie;
3) na iných kontinentoch boli vačkovce nahradené placentárnymi cicavcami.

116. V ktorých prípadoch neovplyvňuje zmena sekvencie nukleotidov DNA štruktúru a funkcie zodpovedajúceho proteínu?

odpoveď:
1) ak sa v dôsledku nukleotidovej substitúcie objaví ďalší kodón, ktorý kóduje rovnakú aminokyselinu;
2) ak kodón vytvorený ako výsledok nukleotidovej substitúcie kóduje inú aminokyselinu, ale s podobnými chemickými vlastnosťami, ktorá nemení štruktúru proteínu;
3) ak dôjde k zmenám nukleotidov v intergénových alebo nefunkčných oblastiach DNA.

117. Prečo sa vzťah medzi šťukou a ostriežom v riečnom ekosystéme považuje za konkurenčný?

odpoveď:
1) sú predátori, jedia podobné jedlo;
2) žijú v rovnakej nádrži, potrebujú podobné podmienky pre život, navzájom sa utláčajú.

118. Nájdite chyby v danom texte. Uveďte počty viet, v ktorých sa vyskytli chyby, opravte ich.
1. Hlavnými triedami typu článkonožcov sú kôrovce, pavúkovce a hmyz. 2. Hmyz má štyri páry nôh a pavúkovce tri páry. 3. Rak má jednoduché oči a kríženec má zložité oči. 4. U pavúkovcov sa bradavice pavúkov nachádzajú na bruchu. 5. Spider-cross a Maybug dýchajú pomocou pľúcnych vakov a priedušnice.

Chyby vo vetách:
1) 2 - hmyz má tri páry nôh a pavúkovce - štyri páry;
2) 3 - rak má zložené oči a krížový pavúk má jednoduché oči;
3-5 - májový chrobák nemá pľúcne vaky, ale iba priedušnice.

119. Aké sú znaky stavby a života klobúčkových húb? Uveďte aspoň štyri funkcie.

odpoveď:
1) majú mycélium a plodnicu;
2) rozmnožovať sa spórami a mycéliom;
3) podľa spôsobu výživy - heterotrofy;
4) väčšina tvorí mykorízu.

120. Aké aromorfózy umožnili starým obojživelníkom ovládnuť krajinu.

odpoveď:
1) objavenie sa pľúcneho dýchania;
2) tvorba vypreparovaných končatín;
3) vzhľad trojkomorového srdca a dvoch kruhov krvného obehu.

Životný cyklus bunky jasne ukazuje, že život bunky sa rozpadá na obdobie interkinézy a mitózy. Počas interkinézy sa aktívne vykonávajú všetky životne dôležité procesy, s výnimkou delenia. Zamerajme sa najskôr na ne. Hlavným životným procesom bunky je metabolizmus.

Na jej základe dochádza k tvorbe špecifických látok, rastu, diferenciácii buniek, ale aj k dráždivosti, pohybu a samorozmnožovaniu buniek. V mnohobunkovom organizme je bunka súčasťou celku. Preto sa morfologické znaky a povaha všetkých životne dôležitých procesov bunky formujú pod vplyvom organizmu a vonkajšieho prostredia. Telo pôsobí na bunky najmä prostredníctvom nervového systému, ako aj pôsobením hormónov žliaz s vnútornou sekréciou.

Metabolizmus je určitý poriadok premeny látok, vedúci k zachovaniu a sebaobnove bunky. V procese látkovej premeny sa do bunky na jednej strane dostávajú látky, ktoré sú spracované a sú súčasťou bunkového tela a na druhej strane sa z bunky odstraňujú látky, ktoré sú produktmi rozpadu, čiže bunka a tzv. látky na výmenu životného prostredia. Chemicky sa metabolizmus prejavuje v chemických reakciách, ktoré nasledujú jedna za druhou v určitom poradí. Prísny poriadok v priebehu premeny látok zabezpečujú bielkovinové látky – enzýmy, ktoré zohrávajú úlohu katalyzátorov. Enzýmy sú špecifické, to znamená, že určitým spôsobom pôsobia len na určité látky. Pod vplyvom enzýmov sa daná látka všetkých možných premien mení mnohonásobne rýchlejšie len jedným smerom. Nové látky vzniknuté v dôsledku tohto procesu sa ďalej menia pod vplyvom iných, rovnako špecifických enzýmov atď.

Hnacím princípom metabolizmu je zákon jednoty a boja protikladov. Metabolizmus totiž určujú dva protichodné a zároveň spoločné procesy – asimilácia a disimilácia. Látky prijaté z vonkajšieho prostredia bunka spracuje a premenia sa na látky charakteristické pre túto bunku (asimilácia). Aktualizuje sa tak zloženie jeho cytoplazmy, jadrové organely, vytvárajú sa trofické inklúzie, vytvárajú sa tajomstvá, hormóny. Procesy asimilácie sú syntetické, pokračujú s absorpciou energie. Zdrojom tejto energie sú procesy disimilácie. Výsledkom je zničenie ich predtým vytvorených organických látok, uvoľnenie energie a tvorba produktov, z ktorých niektoré sa syntetizujú do nových bunkových substancií, zatiaľ čo iné sa z bunky vylučujú (výlučky). Energia uvoľnená v dôsledku disimilácie sa využíva pri asimilácii. Asimilácia a disimilácia sú teda dva, hoci odlišné, ale úzko súvisiace aspekty metabolizmu.

Povaha metabolizmu je rôzna nielen u rôznych zvierat, ale dokonca aj v rámci toho istého organizmu v rôznych orgánoch a tkanivách. Táto špecifickosť sa prejavuje v tom, že bunky každého orgánu sú schopné asimilovať len určité látky, vybudovať z nich špecifické látky svojho tela a niektoré látky uvoľniť do vonkajšieho prostredia. Spolu s metabolizmom dochádza aj k výmene energie, to znamená, že bunka absorbuje energiu z vonkajšieho prostredia vo forme tepla, svetla a naopak uvoľňuje sálavé a iné druhy energie.

Metabolizmus sa skladá z množstva súkromných procesov. Hlavné sú:

1) prienik látok do bunky;

2) ich „spracovanie“ pomocou procesov výživy a dýchania (aeróbne a anaeróbne);

3) použitie produktov „spracovania“ na rôzne syntetické procesy, ktorých príkladom môže byť syntéza bielkovín a tvorba tajomstva;

4) odstránenie odpadových produktov z bunky.

Plazmalema hrá dôležitú úlohu pri penetrácii látok, ako aj pri odstraňovaní látok z bunky. Oba tieto procesy možno posudzovať z fyzikálno-chemického a morfologického hľadiska. Priepustnosť je spôsobená pasívnym a aktívnym prenosom. Prvý sa vyskytuje v dôsledku javov difúzie a osmózy. Látky sa však môžu dostať do bunky v rozpore s týmito zákonmi, čo naznačuje aktivitu samotnej bunky a jej selektivitu. Je napríklad známe, že ióny sodíka sú z bunky odčerpávané, aj keď ich koncentrácia vo vonkajšom prostredí je vyššia ako v bunke, zatiaľ čo draselné ióny sú naopak pumpované do bunky. Tento jav sa popisuje pod názvom „sodno-draslíková pumpa“ a je sprevádzaný výdajom energie. Schopnosť preniknúť do bunky sa znižuje so zvyšujúcim sa počtom hydroxylových skupín (OH) v molekule, keď sa do molekuly zavedie aminoskupina (NH2). Organické kyseliny prenikajú ľahšie ako anorganické kyseliny. Amoniak preniká obzvlášť rýchlo z alkálií. Pre permeabilitu je dôležitá aj veľkosť molekuly. Priepustnosť bunky sa mení v závislosti od reakcie, teploty, osvetlenia, veku a fyziologického stavu samotnej bunky a tieto dôvody môžu zvýšiť priepustnosť niektorých látok a zároveň oslabiť priepustnosť iných.

Morfologický obraz priepustnosti látok z prostredia je dobre vysledovateľný a uskutočňuje sa pomocou fagocytózy (fágín - jesť) a pinocytózy (pyneín - piť). Mechanizmy oboch sa zdajú byť podobné a líšia sa iba kvantitatívne. Pomocou fagocytózy sa zachytávajú väčšie častice a pomocou pinocytózy menšie a menej husté. Látky sa najprv adsorbujú povrchom plazmalemy pokrytým mukopolysacharidmi, potom spolu s ním hlboko klesnú a vytvorí sa bublina, ktorá sa následne oddelí od plazmalemy (obr. 19). Spracovanie preniknutých látok prebieha procesmi podobnými tráveniu, ktoré vyúsťujú do tvorby relatívne jednoduchých látok. Intracelulárne trávenie začína tým, že fagocytárne alebo pinocytické vezikuly sa spájajú s primárnymi lyzozómami, ktoré obsahujú tráviace enzýmy, a vzniká sekundárny lyzozóm alebo tráviaca vakuola. V nich pomocou enzýmov dochádza k rozkladu látok na jednoduchšie. Tento proces zahŕňa nielen lyzozómy, ale aj ďalšie zložky bunky. Mitochondrie teda poskytujú energetickú stránku procesu; kanály cytoplazmatického retikula môžu byť použité na transport spracovaných látok.

Vnútrobunkové trávenie končí tvorbou na jednej strane relatívne jednoduchých produktov, z ktorých sa opäť syntetizujú zložité látky (bielkoviny, tuky, sacharidy), ktoré slúžia na obnovu bunkových štruktúr alebo tvorbu sekrétov a na druhej strane produkty ktoré sa majú z bunky odstrániť ako výlučky. Príklady použitia spracovaných produktov sú syntéza bielkovín a tvorba sekrétov.

Ryža. 19. Schéma pinocytózy:

L - tvorba pinocytového kanála (1) a pinocytových vezikúl (2). Šípky ukazujú smer invaginácie plazmalemy. B-Zh - postupné štádiá pinocytózy; 3 - adsorbované častice; 4 - častice zachytené bunkovými výrastkami; 5 - bunková plazmatická membrána; D, E, B - postupné štádiá tvorby pinocytotickej vakuoly; G - častice potravy sa uvoľňujú z obalu vakuoly.

Syntéza bielkovín sa uskutočňuje na ribozómoch a podmienene prebieha v štyroch fázach.

Prvým krokom je aktivácia aminokyselín. K ich aktivácii dochádza v cytoplazmatickej matrici za účasti enzýmov (aminoacyl - RNA syntetázy). Je známych asi 20 enzýmov, z ktorých každý je špecifický len pre jednu aminokyselinu. Aktivácia aminokyseliny sa uskutočňuje, keď je kombinovaná s enzýmom a ATP.

V dôsledku interakcie sa pyrofosfát odštiepi z ATP a energia, ktorá je v spojení medzi prvou a druhou fosfátovou skupinou, sa úplne prenesie na aminokyselinu. Takto aktivovaná aminokyselina (aminoacyladenylát) sa stáva reaktívnou a získava schopnosť spájať sa s inými aminokyselinami.

Druhým stupňom je väzba aktivovanej aminokyseliny na prenosovú RNA (t-RNA). V tomto prípade jedna molekula t-RNA pripojí iba jednu molekulu aktivovanej aminokyseliny. Na týchto reakciách sa podieľa rovnaký enzým ako v prvom stupni a reakcia končí vytvorením komplexu t-RNA a aktivovanej aminokyseliny. Molekula tRNA pozostáva z dvojitej špirály uzavretej na jednom konci. Uzavretý (hlavný) koniec tejto špirály predstavujú tri nukleotidy (antikodón), ktoré určujú pripojenie tejto t-RNA na špecifické miesto (kodón) molekuly dlhej messenger RNA (i-RNA). Na druhý koniec tRNA je pripojená aktivovaná aminokyselina (obr. 20). Napríklad, ak má molekula tRNA triplet UAA na konci, potom sa na jeho opačný koniec môže pripojiť iba aminokyselina lyzín. Každá aminokyselina má teda svoju špecifickú t-RNA. Ak sú tri koncové nukleotidy v rôznych tRNA rovnaké, potom je jej špecifickosť určená sekvenciou nukleotidov v inej časti tRNA. Energia aktivovanej aminokyseliny pripojenej k tRNA sa využíva na vytvorenie peptidových väzieb v molekule polypeptidu. Aktivovaná aminokyselina je transportovaná tRNA cez hyaloplazmu do ribozómov.

Treťou etapou je syntéza polypeptidových reťazcov. Messengerová RNA, ktorá opúšťa jadro, sa tiahne cez malé podjednotky niekoľkých ribozómov určitého polyribozómu a v každom z nich sa opakujú rovnaké procesy syntézy. Počas brošne, kladenie toho krtka

Ryža. 20. Schéma syntézy polypeptidov na ribozómoch pomocou i-RNA a t-RNA: /, 2 - ribozóm; 3 - t-RNA nesúca antikodóny na jednom konci: ACC, AUA. Ayv AGC a na druhom konci aminokyseliny: tryptofán, roller, lyzín, serín (5); 4-n-RNA, v ktorej sa nachádzajú kódy: UGG (tryptofán)» URU (valín). UAA (lyzín), UCG (serín); 5 - syntetizovaný polypeptid.

t-RNA coule, ktorej triplet zodpovedá kódovému slovu m-RNA. Potom sa kódové slovo posunie doľava a spolu s ním sa k nemu pripojí aj t-RNA. Aminokyselina, ktorú prináša, je spojená peptidovou väzbou s predtým prinesenou aminokyselinou syntetizujúceho polypeptidu; t-RNA sa oddelí od i-RNA, dochádza k translácii (odpisu) i-RNA informácie, teda k syntéze bielkovín. Je zrejmé, že dve molekuly t-RNA sú pripojené k ribozómom súčasne: jedna v mieste nesúcom syntetizovaný polypeptidový reťazec a druhá v mieste, ku ktorému je pripojená ďalšia aminokyselina predtým, ako zapadne na svoje miesto v reťazci.

Štvrtou fázou je odstránenie polypeptidového reťazca z ribozómu a vytvorenie priestorovej konfigurácie charakteristickej pre syntetizovaný proteín. Nakoniec sa molekula proteínu, ktorá dokončila svoju tvorbu, stáva nezávislou. tRNA sa môže použiť na opakovanú syntézu, zatiaľ čo mRNA je zničená. Trvanie tvorby proteínovej molekuly závisí od počtu aminokyselín v nej. Predpokladá sa, že pridanie jednej aminokyseliny trvá 0,5 sekundy.

Proces syntézy si vyžaduje výdaj energie, ktorej zdrojom je ATP, ktorý sa tvorí najmä v mitochondriách a v malom množstve v jadre a pri zvýšenej aktivite buniek aj v hyaloplazme. V jadre v hyaloplazme sa ATP tvorí nie na základe oxidačného procesu ako v mitochondriách, ale na základe glykolýzy, teda anaeróbneho procesu. Syntéza sa teda uskutočňuje vďaka koordinovanej práci jadra, hyaloplazmy, ribozómov, mitochondrií a granulárneho cytoplazmatického retikula bunky.

Sekrečná aktivita bunky je tiež príkladom koordinovanej práce množstva bunkových štruktúr. Sekrécia je produkcia špeciálnych produktov bunkou, ktoré sa v mnohobunkovom organizme najčastejšie používajú v záujme celého organizmu. Na spracovanie potravy teda slúžia sliny, žlč, žalúdočná šťava a iné tajomstvá

Ryža. 21. Schéma jedného z možných spôsobov syntézy sekrécie v bunke a jej vylučovania:

1 - tajomstvo v jadre; 2 - výstup pro-tajomstva z jadra; 3 - akumulácia prosekretu v cisterne cytoplazmatického retikula; 4 - oddelenie nádrže s tajomstvom z cytoplazmatického retikula; 5 - lamelárny komplex; 6 - kvapka tajomstva v oblasti lamelárneho komplexu; 7- zrelá sekrečná granula; 8-9 - postupné štádiá sekrécie; 10 - tajomstvo mimo bunky; 11 - bunková plazmaléma.

Tráviace orgány. Tajomstvá môžu byť tvorené buď iba bielkovinami (množstvo hormónov, enzýmov), alebo pozostávajú z glykoproteínov (hlien), liguproteínov, glykolipoproteínov, menej často sú zastúpené lipidmi (tuk mlieka a mazových žliaz) alebo anorganickými látkami (kyselina chlorovodíková žliaz fundu).

V sekrečných bunkách možno zvyčajne rozlíšiť dva konce: bazálny (obrátený k perikapilárnemu priestoru) a apikálny (obrátený k priestoru, kde je sekrét vylučovaný). V usporiadaní komponentov sekrečnej bunky sa pozoruje zónovanie a od bazálnych po apikálne konce (póly) tvoria nasledujúci rad: granulárne cytoplazmatické retikulum, jadro, lamelárny komplex, sekrečné granuly (obr. 21). Plazmalema bazálneho a apikálneho pólu často nesie mikroklky, v dôsledku čoho sa zväčšuje plocha pre vstup látok z krvi a lymfy cez bazálny pól a odvod hotového sekrétu cez apikálny pól.

Vytvorením tajomstva proteínovej povahy (pankreas) sa proces začína syntézou proteínov špecifických pre tajomstvo. Preto je jadro sekrečných buniek bohaté na chromatín, má dobre definované jadro, vďaka čomu sa tvoria všetky tri typy RNA, ktoré vstupujú do cytoplazmy a podieľajú sa na syntéze proteínov. Niekedy sa zdá, že syntéza sekrécie začína v jadre a končí v cytoplazme, ale najčastejšie v hyaloplazme a pokračuje v granulovanom cytoplazmatickom retikule. Tubuly cytoplazmatického retikula hrajú dôležitú úlohu pri akumulácii primárnych produktov a ich transporte. V tomto ohľade je v sekrečných bunkách veľa ribozómov a cytoplazmatické retikulum je dobre vyvinuté. Úseky cytoplazmatického retikula s primárnym tajomstvom sú odtrhnuté a nasmerované do lamelárneho komplexu, ktorý prechádza do jeho vakuol. Tu dochádza k tvorbe sekrečných granúl.

V tomto prípade sa okolo sekrétu vytvorí lipoproteínová membrána a samotný sekrét dozrieva (stráca vodu), čím sa stáva koncentrovanejším. Hotové tajomstvo vo forme granúl alebo vakuol opúšťa lamelárny komplex a uvoľňuje sa cez apikálny pól buniek. Mitochondrie poskytujú energiu pre celý tento proces. Tajomstvá neproteínovej povahy sú zjavne syntetizované v cytoplazmatickom retikule a v niektorých prípadoch dokonca aj v mitochondriách (lipidové sekréty). Proces sekrécie je regulovaný nervovým systémom. Okrem konštruktívnych bielkovín a sekrétov sa v dôsledku látkovej premeny v bunke môžu vytvárať látky trofického charakteru (glykogén, tuk, pigmenty a pod.), vzniká energia (žiarivé, tepelné a elektrické bioprúdy).

Metabolizmus sa završuje uvoľnením množstva látok, ktoré bunka spravidla nevyužíva a sú často

Dokonca pre ňu škodlivé. Odvod látok z bunky, ako aj príjem, sa uskutočňuje na základe pasívnych fyzikálnych a chemických procesov (difúzia, osmóza) a aktívnym prenosom. Morfologický obraz vylučovania má často opačný charakter ako fagocytóza. Vylúčené látky sú obklopené membránou.

Výsledná vezikula sa priblíži k bunkovej membráne, dostane sa s ňou do kontaktu, potom prerazí a obsah vezikuly je mimo bunky.

Metabolizmus, ako sme už povedali, určuje aj ďalšie životne dôležité prejavy bunky, ako je rast a diferenciácia buniek, dráždivosť a schopnosť buniek reprodukovať sa.

Rast buniek je vonkajším prejavom metabolizmu, ktorý sa prejavuje zväčšením veľkosti buniek. Rast je možný len vtedy, ak v procese metabolizmu prevláda asimilácia nad disimiláciou a každá bunka rastie len do určitej hranice.

Bunková diferenciácia je séria kvalitatívnych zmien, ktoré prebiehajú v rôznych bunkách odlišne a sú determinované prostredím a aktivitou úsekov DNA nazývaných gény. V dôsledku toho vznikajú bunky rôznych tkanív rôznej kvality a v budúcnosti bunky podliehajú zmenám súvisiacim s vekom, ktoré sú málo študované. Je však známe, že bunky sa ochudobňujú o vodu, proteínové častice sa zväčšujú, čo má za následok zmenšenie celkového povrchu dispergovanej fázy koloidu a v dôsledku toho zníženie intenzity metabolizmu. Preto klesá vitálny potenciál bunky, spomaľujú sa oxidačné, redukčné a iné reakcie, mení sa smer niektorých procesov, vďaka ktorým sa v bunke hromadia rôzne látky.

Dráždivosť bunky je jej reakcia na zmeny vonkajšieho prostredia, vďaka čomu sa odstraňujú dočasné rozpory, ktoré medzi bunkou a okolím vznikajú, a živá štruktúra sa prispôsobuje už zmenenému vonkajšiemu prostrediu.

Pri fenoméne podráždenosti možno rozlíšiť tieto body:

1) vplyv environmentálneho činiteľa (napríklad mechanického, chemického, žiarenia atď.)

2) prechod bunky do aktívneho, čiže excitovateľného stavu, ktorý sa prejavuje zmenou biochemických a biofyzikálnych procesov vo vnútri bunky a môže sa zvýšiť priepustnosť bunky a príjem kyslíka, koloidný stav jej bunky. zmeny cytoplazmy, objavujú sa elektrické prúdy pôsobenia atď.;

3) odpoveď bunky na vplyv prostredia a v rôznych bunkách sa odpoveď prejavuje rôznymi spôsobmi. Vo väzivovom tkanive teda nastáva lokálna zmena látkovej premeny, v svalovom tkanive dochádza ku kontrakcii, v tkanivách žliaz sa vylučuje sekrét (sliny, žlč a pod.), v nervových bunkách vzniká nervový impulz.oblasť, šíri sa v celom tkanive. V nervovej bunke sa vzruch môže šíriť nielen do iných prvkov toho istého tkaniva (čo vedie k vytvoreniu zložitých excitabilných systémov - reflexných oblúkov), ale aj k prenosu do iných tkanív. Vďaka tomu sa vykonáva regulačná úloha nervového systému. Stupeň zložitosti týchto reakcií závisí od výšky organizácie zvieraťa.V závislosti od sily a povahy dráždidla sa rozlišujú tieto tri typy dráždivosti: normálna, paranekróza a nekrotická. Ak sila stimulu neprekračuje hranice obvyklého prostredia, v ktorom bunka alebo organizmus ako celok žije, potom procesy, ktoré v bunke vznikajú, nakoniec eliminujú rozpor s vonkajším prostredím a bunka sa vráti do normálneho stavu. V tomto prípade nedochádza k porušeniu bunkovej štruktúry viditeľnej pod mikroskopom. Ak je sila podnetu veľká alebo pôsobí na bunku dlhodobo, tak zmena vnútrobunkových procesov vedie k výraznému narušeniu funkcie, štruktúry a chémie bunky. Objavujú sa v nej inklúzie, vytvárajú sa štruktúry vo forme nití, hrudiek, sietí a pod.. Reakcia cytoplazmy sa posúva smerom ku kyslosti, zmena štruktúry a fyzikálno-chemických vlastností bunky narúša normálne fungovanie bunky, dochádza v nej k narušeniu normálneho fungovania bunky. stavia ju na pokraj života a smrti. Tento stav Nasonov a Aleksandrov nazývali paranekrotický* Je reverzibilný a môže viesť k obnove buniek, ale môže viesť aj k bunkovej smrti. Nakoniec, ak činidlo pôsobí veľmi silnou silou, procesy vo vnútri bunky sú tak vážne narušené, že zotavenie je nemožné a bunka zomrie. Potom dôjde k niekoľkým štrukturálnym zmenám, to znamená, že bunka vstúpi do stavu nekrózy alebo nekrózy.

Pohyb. Povaha pohybu vlastná bunke je veľmi rôznorodá. V prvom rade ide o nepretržitý pohyb cytoplazmy v bunke, ktorý je evidentne spojený s realizáciou metabolických procesov. Ďalej sa v bunke môžu veľmi aktívne pohybovať rôzne cytoplazmatické formácie, napríklad riasinky v riasinkovom epiteli, mitochondrie; robí pohyb a jadro. V iných prípadoch je pohyb vyjadrený zmenou dĺžky alebo objemu bunky, po ktorej nasleduje jej návrat do pôvodnej polohy. Takýto pohyb pozorujeme vo svalových bunkách, vo svalových vláknach a v pigmentových bunkách. Rozšírený je aj pohyb vo vesmíre. Môže sa to uskutočniť pomocou pseudopodov, ako je améba. Takto sa pohybujú leukocyty a niektoré bunky spojivových a iných tkanív. Spermie majú špeciálnu formu pohybu v priestore. K ich translačnému pohybu dochádza v dôsledku kombinácie hadovitých ohybov chvosta a rotácie spermií okolo pozdĺžnej osi. V relatívne jednoducho organizovaných bytostiach a v niektorých bunkách vysoko organizovaných mnohobunkových živočíchov pohyb v priestore spôsobujú a riadia rôzni činitelia vonkajšieho prostredia a nazývajú sa taxíky.

Existujú: chemotaxia, thigmotaxia a reotaxia. Chemotaxia - pohyb smerom k chemikáliám alebo od nich. Takéto taxíky detegujú krvné leukocyty, ktoré sa pohybujú ako améboidy smerom k baktériám, ktoré vstúpili do tela, pričom uvoľňujú určité látky, Tigmotaxia - pohyb smerom k alebo od dotknutého pevného tela. Napríklad ľahký dotyk častíc jedla na amébe spôsobí, že ich obalí a potom prehltne. Silné mechanické podráždenie môže spôsobiť pohyb v opačnom smere ako dráždivý začiatok. Reotaxia - pohyb proti prúdu tekutiny. Schopnosť reotaxy má spermie pohybujúce sa v maternici proti prúdu hlienu smerom k vaječnej bunke.

Schopnosť sebareprodukcie je najdôležitejšou vlastnosťou živej hmoty, bez ktorej je život nemožný. Každý živý systém je charakterizovaný reťazou nezvratných zmien, ktoré končia smrťou. Ak by tieto systémy nedali vzniknúť novým systémom schopným spustiť cyklus odznova, život by sa zastavil.

Funkcia samoreprodukcie bunky sa uskutočňuje delením, ktoré je dôsledkom vývoja bunky. V procese svojho života sa v dôsledku prevahy asimilácie nad disimiláciou zväčšuje hmotnosť buniek, ale objem bunky sa zväčšuje rýchlejšie ako jej povrch. Za týchto podmienok sa znižuje intenzita metabolizmu, dochádza k hĺbkovej fyzikálno-chemickej a morfologickej reštrukturalizácii bunky a k postupnej inhibícii asimilačných procesov, čo bolo presvedčivo dokázané pomocou značených atómov. V dôsledku toho sa rast bunky najskôr zastaví a potom sa jej ďalšia existencia stane nemožným a dôjde k rozdeleniu.

Prechod k deleniu je kvalitatívnym skokom, alebo dôsledkom kvantitatívnych zmien v asimilácii a disimilácii, mechanizmom riešenia rozporov medzi týmito procesmi. Po delení buniek sa akoby omladzujú, zvyšuje sa ich životný potenciál, keďže už v dôsledku zmenšenia veľkosti sa zväčšuje podiel aktívneho povrchu, zintenzívňuje sa metabolizmus vo všeobecnosti a najmä jeho asimilačná fáza.

Individuálny život bunky sa teda skladá z obdobia medzifázy, charakterizovanej zvýšeným metabolizmom, a z obdobia delenia.

Interfáza je rozdelená s určitým stupňom konvenčnosti:

1) na presyntetické obdobie (Gj), kedy sa intenzita asimilačných procesov postupne zvyšuje, avšak reduplikácia DNA ešte nezačala;

2) syntetický (S), charakterizovaný výškou syntézy, počas ktorej dochádza k zdvojeniu DNA a

3) postsyntetické (G2), keď sa zastavia procesy syntézy DNA.

Existujú tieto hlavné typy rozdelenia:

1) nepriame delenie (mitóza alebo karyokinéza);

2) meióza alebo redukčné delenie a

3) amitóza alebo priame delenie.

Energia je nevyhnutná pre všetky živé bunky – využíva sa na rôzne biologické a chemické reakcie prebiehajúce v bunke. Niektoré organizmy využívajú energiu slnečného žiarenia na biochemické procesy – ide o rastliny (obr. 1), iné využívajú energiu chemických väzieb v látkach získaných v procese výživy – ide o živočíšne organizmy. Extrakcia energie sa uskutočňuje štiepením a oxidáciou týchto látok, v procese dýchania sa toto dýchanie nazýva biologická oxidácia, alebo bunkové dýchanie.

Ryža. 1. Energia slnečného žiarenia

Bunkové dýchanie- ide o biochemický proces v bunke, prebiehajúci za účasti enzýmov, v dôsledku čoho sa uvoľňuje voda a oxid uhličitý, energia sa ukladá vo forme vysokoenergetických väzieb molekúl ATP. Ak tento proces prebieha v prítomnosti kyslíka, potom sa nazýva aeróbne, ale ak sa vyskytuje bez kyslíka, potom sa nazýva anaeróbne.

Biologická oxidácia zahŕňa tri hlavné fázy:

1. Prípravné.

2. Anoxické (glykolýza).

3. Úplný rozklad organických látok (za prítomnosti kyslíka).

Látky prijímané s jedlom sa rozkladajú na monoméry. Toto štádium začína v gastrointestinálnom trakte alebo v lyzozómoch bunky. Polysacharidy sa rozkladajú na monosacharidy, bielkoviny na aminokyseliny, tuky na glycerol a mastné kyseliny. Energia uvoľnená v tomto štádiu sa rozptýli vo forme tepla. Treba si uvedomiť, že bunky využívajú na energetické procesy sacharidy a lepšie sú na tom monosacharidy a mozog dokáže na svoju prácu využívať len monosacharid – glukózu (obr. 2).

Ryža. 2. Prípravná fáza

Glukóza sa rozkladá glykolýzou na dve trojuhlíkové molekuly kyseliny pyrohroznovej. Ďalší osud kyseliny pyrohroznovej závisí od prítomnosti kyslíka v bunke. Ak je v bunke prítomný kyslík, potom kyselina pyrohroznová prechádza do mitochondrií na úplnú oxidáciu na oxid uhličitý a vodu (aeróbne dýchanie). Ak nie je prítomný kyslík, potom sa v živočíšnych tkanivách kyselina pyrohroznová premení na kyselinu mliečnu. Toto štádium prebieha v cytoplazme bunky.

glykolýza- ide o sled reakcií, v dôsledku ktorých sa jedna molekula glukózy rozštiepi na dve molekuly kyseliny pyrohroznovej, pričom sa uvoľní energia, ktorá stačí na premenu dvoch molekúl ADP na dve molekuly ATP (obr. 3).

Ryža. 3. Anoxické štádium

Kyslík je nevyhnutný pre úplnú oxidáciu glukózy. V treťom štádiu sa kyselina pyrohroznová v mitochondriách úplne oxiduje na oxid uhličitý a vodu, čím vzniká ďalších 36 molekúl ATP, keďže toto štádium prebieha za účasti kyslíka, nazýva sa kyslík, alebo aeróbne (obr. 4). .

Ryža. 4. Úplný rozklad organickej hmoty

Celkovo sa z jednej molekuly glukózy v troch stupňoch vytvorí 38 molekúl ATP, pričom sa berú do úvahy dve ATP získané v procese glykolýzy.

Uvažovali sme teda o energetických procesoch vyskytujúcich sa v bunkách, charakterizovaných štádiami biologickej oxidácie.

Dýchanie, ku ktorému dochádza v bunke s uvoľňovaním energie, sa často porovnáva s procesom spaľovania. Oba procesy prebiehajú za prítomnosti kyslíka, uvoľňovania energie a produktov oxidácie – oxidu uhličitého a vody. Ale na rozdiel od spaľovania je dýchanie usporiadaným procesom biochemických reakcií prebiehajúcich v prítomnosti enzýmov. Pri dýchaní vzniká oxid uhličitý ako konečný produkt biologickej oxidácie a v procese horenia vzniká oxid uhličitý priamou kombináciou vodíka s uhlíkom. Taktiež pri dýchaní vzniká okrem vody a oxidu uhličitého aj určité množstvo molekúl ATP, čiže dýchanie a spaľovanie sú zásadne odlišné procesy (obr. 5).

Ryža. 5. Rozdiely medzi dýchaním a spaľovaním

Glykolýza nie je len hlavnou cestou metabolizmu glukózy, ale aj hlavnou cestou metabolizmu fruktózy a galaktózy z potravy. V medicíne je obzvlášť dôležitá schopnosť glykolýzy vytvárať ATP v neprítomnosti kyslíka. To umožňuje udržiavať intenzívnu prácu kostrového svalstva v podmienkach nedostatočnej účinnosti aeróbnej oxidácie. Tkanivá so zvýšenou glykolytickou aktivitou sú schopné zostať aktívne počas období nedostatku kyslíka. V srdcovom svale sú možnosti glykolýzy obmedzené. Je ťažké tolerovať zhoršené zásobovanie krvou, čo môže viesť k ischémii. Je známe, že viaceré ochorenia sú spôsobené nedostatočnou aktivitou enzýmov glykolýzy, jedným z nich je hemolytická anémia (v rýchlo rastúcich rakovinových bunkách prebieha glykolýza rýchlosťou presahujúcou kapacitu cyklu kyseliny citrónovej), ktorá prispieva k zvýšenej syntéze kyseliny mliečnej v orgánoch a tkanivách (obr. 6).

Ryža. 6. Hemolytická anémia

Zvýšená hladina kyseliny mliečnej v tele môže byť príznakom rakoviny. Táto metabolická vlastnosť sa niekedy používa na liečbu niektorých foriem nádorov.

Mikróby sú schopné získavať energiu v procese fermentácie. Kvasenie je ľuďom známe už od nepamäti, napríklad pri výrobe vína bolo mliečne kvasenie známe ešte skôr (obr. 7).

Ryža. 7. Výroba vína a syra

Ľudia konzumovali mliečne výrobky bez podozrenia, že tieto procesy sú spojené s činnosťou mikroorganizmov. Termín „fermentácia“ zaviedol Holanďan Van Helmont pre procesy, ktoré sú spojené s uvoľňovaním plynu. Prvýkrát to dokázal Louis Pasteur. Okrem toho rôzne mikroorganizmy vylučujú rôzne produkty fermentácie. Povieme si o alkoholovom a mliečnom kvasení. Alkoholové kvasenie- Ide o proces oxidácie uhľohydrátov, v dôsledku čoho sa tvorí etylalkohol, oxid uhličitý a uvoľňuje sa energia. Pivovarníci a vinári využili schopnosť určitých druhov kvasiniek stimulovať kvasenie, ktoré mení cukry na alkohol. Fermentáciu vykonávajú najmä kvasinky, ale aj niektoré baktérie a huby (obr. 8).

Ryža. 8. Droždie, múčne huby, produkty kvasenia - kvas a ocot

U nás sa tradične používa kvasinka Saccharomyces, v Amerike - baktérie z rodu Pseudomonas, v Mexiku baktérie "mobilné tyčinky", v Ázii mucor huby. Naše kvasinky majú tendenciu fermentovať hexózy (šesťuhlíkové monosacharidy), ako je glukóza alebo fruktóza. Proces tvorby alkoholu možno znázorniť takto: z jednej molekuly glukózy sa vytvoria dve molekuly alkoholu, dve molekuly oxidu uhličitého a uvoľnia sa dve molekuly ATP.

C6H1206 → 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP

V porovnaní s dýchaním je takýto proces energeticky menej prospešný ako aeróbne procesy, ale umožňuje zachovať život v neprítomnosti kyslíka. o mliečna fermentácia jedna molekula glukózy tvorí dve molekuly kyseliny mliečnej a uvoľňujú sa dve molekuly ATP, čo možno opísať rovnicou:

C6H1206 -> 2C3H603 + 2ATP

Proces tvorby kyseliny mliečnej je veľmi blízky procesu alkoholovej fermentácie, glukóza sa ako pri alkoholovej fermentácii rozkladá na kyselinu pyrohroznovú, potom prechádza nie na alkohol, ale na kyselinu mliečnu. Mliečna fermentácia je široko používaná na výrobu mliečnych výrobkov: syry, tvaroh, kyslé mlieko, jogurty (obr. 9).

Ryža. 9. Baktérie mliečneho kvasenia a produkty mliečneho kvasenia

V procese tvorby syra sa najskôr zúčastňujú baktérie mliečneho kvasenia, ktoré produkujú kyselinu mliečnu, potom baktérie kyseliny propiónovej premieňajú kyselinu mliečnu na kyselinu propiónovú, vďaka čomu majú syry dosť špecifickú ostrú chuť. Baktérie mliečneho kvasenia sa využívajú pri konzervácii ovocia a zeleniny, kyselina mliečna sa využíva v cukrárskom priemysle a pri výrobe nealkoholických nápojov.

Bibliografia

1. Mamontov S.G., Zakharov V.B., Agafonova I.B., Sonin N.I. Biológia. Všeobecné vzory. - Drop, 2009.

2. Ponomareva I.N., Kornilova O.A., Chernova N.M. Základy všeobecnej biológie. 9. ročník: Učebnica pre žiakov 9. ročníka vzdelávacích inštitúcií / Ed. Prednášal prof. I.N. Ponomareva. - 2. vyd., prepracované. - M.: Ventana-Graf, 2005.

3. Pasechnik V.V., Kamensky A.A., Kriksunov E.A. Biológia. Úvod do všeobecnej biológie a ekológie: Učebnica pre 9. ročník, 3. vydanie, stereotyp. - M.: Drop, 2002.

1. Webová stránka "Biológia a medicína" ()

3. Internetová stránka "Lekárska encyklopédia" ()

Domáca úloha

1. Čo je biologická oxidácia a jej štádiá?

2. Čo je glykolýza?

3. Aké sú podobnosti a rozdiely medzi alkoholovým a mliečnym kvasením?

1. Druhy výživy živých organizmov
2. Fotosyntéza
3. výmena energie

1. Vitalita všetkých organizmov je možné len vtedy, ak majú energiu. Podľa spôsobu získavania energie sú všetky bunky a organizmy rozdelené do dvoch skupín: autotrofy a heterotrofy.

Heterotrofy(grécky heteros - rôzny, odlišný a trophe - potrava, výživa) nie sú schopné sami syntetizovať organické zlúčeniny z anorganických, potrebujú ich získavať z prostredia. Organické látky im slúžia nielen ako potrava, ale aj ako zdroj energie. Heterotrofy zahŕňajú všetky živočíchy, huby, väčšinu baktérií, ako aj suchozemské rastliny a riasy bez chlorofylu.

Heterotrofné organizmy sú klasifikované podľa spôsobu získavania potravy. holozoikum(zvieratá), ktoré zachytávajú pevné častice, a osmotrofný(huby, baktérie), ktoré sa živia rozpustenými látkami.

Rozmanité heterotrofné organizmy sú schopné spoločne rozkladať všetky látky, ktoré sú syntetizované autotrofmi, ako aj minerálne látky syntetizované v dôsledku ľudskej výrobnej činnosti. Heterotrofné organizmy tvoria spolu s autotrofmi jediný biologický systém na Zemi, spojený trofickými vzťahmi.

Autotrofy- organizmy, ktoré sa živia (t.j. prijímajú energiu) z anorganických zlúčenín, sú to niektoré baktérie a všetky zelené rastliny. Autotrofy sa delia na chemotrofy a fototrofy.

Chemotrofy- organizmy využívajúce energiu uvoľnenú pri redoxných reakciách. Chemotrofy zahŕňajú nitrifikačné (dusík fixujúce) baktérie, síru, vodík (tvoriace metán), mangán, železotvorné baktérie a baktérie využívajúce oxid uhoľnatý.

Fototrofy- iba zelené rastliny. Svetlo je ich zdrojom energie.

2. Fotosyntéza(gr. phos - rod. pád. fotografie - svetlo a syntéza - spojenie) - vznik organických látok za účasti svetelnej energie bunkami zelených rastlín, ako aj niektorých baktérií, proces premeny svetelnej energie na chemickú energiu. Vyskytuje sa pomocou pigmentov (chlorofyl a niektoré ďalšie) v tylakoidoch chloroplastov a bunkových chromatofóroch. Fotosyntéza je založená na redoxných reakciách, pri ktorých dochádza k prenosu elektrónov z donorovo-redukčného činidla (voda, vodík a pod.) na akceptor (lat. akceptor - prijímač) - oxid uhličitý, acetát za vzniku redukovaných zlúčenín - sacharidov a uvoľnenie kyslíka, ak je voda oxidovaná.

Fotosyntetické baktérie, ktoré využívajú iných darcov ako vodu, nevyžarujú kyslík.

Svetelné reakcie fotosyntézy(spôsobené svetlom) prúdenie v grane tylakoidov chloroplastov.Viditeľné svetelné kvantá (fotóny) interagujú s molekulami chlorofylu a prenášajú ich do excitovaného stavu. Elektrón v zložení chlorofylu absorbuje kvantá svetla určitej dĺžky a podobne ako kroky sa pohybuje po reťazci nosičov elektrónov, pričom stráca energiu, ktorá slúži na fosforyláciu ADP na ATP. Ide o veľmi efektívny proces: v chloroplastoch sa produkuje 30-krát viac ATP ako v mitochondriách tých istých rastlín. Tým sa akumuluje energia potrebná na nasledujúce - temné reakcie fotosyntézy. Látky pôsobia ako nosiče elektrónov: cytochrómy, plastochinón, ferredoxín, flavoproteín, reduktáza atď. Niektoré z excitovaných elektrónov sa využívajú na redukciu NADP+ na NADPH. Pôsobením slnečného žiarenia v chloroplastoch sa voda štiepi - fotolýza, v tomto prípade sa tvoria elektróny, ktoré kompenzujú ich stratu chlorofylom; ako vedľajší produkt sa do atmosféry našej planéty uvoľňuje kyslík. To je kyslík, ktorý dýchame a ktorý je potrebný pre všetky aeróbne organizmy.

Chloroplasty vyšších rastlín, rias a siníc obsahujú dva fotosystémy rôznej štruktúry a zloženia. Keď sú svetelné kvantá absorbované pigmentmi (reakčné centrum - komplex chlorofylu s proteínom, ktorý absorbuje svetlo s vlnovou dĺžkou 680 nm - P680) fotosystému II, elektróny sa prenesú z vody na medziakceptor a cez reťazec nosičov do reakčného centra fotosystému I. A tento fotosystém je reakčné centrum odhalí pero molekuly chlorofylu v kombinácii so špeciálnym proteínom-KOM, ktorý absorbuje svetlo s vlnovou dĺžkou 700 nm - P700. V molekulách chlorofylu F1 sú „diery“ – nevyplnené miesta elektrónov, ktoré prešli do PLDPH. Tieto "diery" sú vyplnené elektrónmi vytvorenými počas fungovania FI. To znamená, že fotosystém II dodáva elektróny pre fotosystém I, ktoré sa v ňom vynakladajú na redukciu NADP + a NADPH. Po dráhe pohybu elektrónov fotosystému II excitovaných svetlom ku konečnému akceptoru – chlorofylu fotosystému I, sa ADP fosforyluje na energeticky bohatý ATP. Energia svetla sa teda ukladá v molekulách ATP a ďalej sa spotrebúva na syntézu uhľohydrátov, bielkovín, nukleových kyselín a iných životne dôležitých procesov rastlín a prostredníctvom nich na životnú aktivitu všetkých organizmov, ktoré sa živia rastlinami.

Tmavé reakcie alebo reakcie fixácie uhlíka, nesúvisiace so svetlom sa uskutočňujú v stróme chloroplastov. Kľúčové miesto v nich zaujíma fixácia oxidu uhličitého a premena uhlíka na sacharidy. Tieto reakcie sú svojou povahou cyklické, pretože časť medziproduktov uhľohydrátov podlieha procesu kondenzácie a preskupenia na ribulózadifosfát, primárny akceptor C02, ktorý zaisťuje nepretržitú prevádzku cyklu. Tento proces prvýkrát opísal americký biochemik Melvin Calvin.

K premene anorganickej zlúčeniny CO 2 na organické zlúčeniny - sacharidy, v ktorých chemických väzbách je uložená slnečná energia, dochádza pomocou komplexného enzýmu - ribulóza-1,5-difosfátkarboxylázy. Poskytuje pridanie jednej molekuly CO 2 k päťuhlíkovému ribulóza-1,5-difosfátu, čo vedie k vytvoreniu šesťuhlíkovej medziproduktovej zlúčeniny s krátkou životnosťou. Táto zlúčenina sa v dôsledku hydrolýzy rozkladá na dve trojuhlíkové molekuly kyseliny fosfoglycerovej, ktorá sa redukuje pomocou ATP a NADPH na trojuhlíkové cukry (triózafosfáty). Tvoria konečný produkt fotosyntézy – glukózu.

Časť triózových fosfátov, ktoré prešli procesmi kondenzácie a preskupenia, pričom sa najskôr zmenila na ribulóza monofosfát a potom na ribulóza difosfát, je opäť zahrnutá do nepretržitého cyklu tvorby molekúl glukózy. Glukóza môže byť enzymaticky polymerizovaná do

škrob a celulóza - základný polysacharid rastlín.

Charakteristickým znakom fotosyntézy niektorých rastlín (cukrová trstina, kukurica, amarant) je počiatočná premena uhlíka cez štvoruhlíkové zlúčeniny. Takéto rastliny dostali index C4 -rastliny a fotosyntézu v nich metabolizmus uhlíka. C4-rastliny priťahujú pozornosť výskumníkov vďaka svojej vysokej fotosyntetickej produktivite.

Spôsoby, ako zvýšiť produktivitu poľnohospodárskych rastlín:

Dostatočná minerálna výživa, ktorá môže zabezpečiť najlepší priebeh metabolických procesov;

Kompletnejšie osvetlenie, ktoré možno dosiahnuť pomocou určitých výsevov rastlín, berúc do úvahy spotrebu svetla fotofilných a odtieňovo odolných;

Normálne množstvo oxidu uhličitého vo vzduchu (so zvýšením jeho obsahu je narušený proces dýchania rastlín, ktorý je spojený s fotosyntézou);

Vlhkosť pôdy, zodpovedajúca potrebám rastlín vo vlahe, v závislosti od klimatických a agrotechnických podmienok.

Význam fotosyntézy v prírode.

V dôsledku fotosyntézy na Zemi sa ročne vytvorí 150 miliárd ton organickej hmoty a uvoľní sa približne 200 miliárd ton voľného kyslíka. Fotosyntéza zabezpečuje a udržiava nielen moderné zloženie atmosféry Zeme, potrebné pre život jej obyvateľov, ale zabraňuje aj zvyšovaniu koncentrácie CO 2 v atmosfére, čím bráni prehrievaniu našej planéty (v dôsledku tzv. efekt). Kyslík uvoľňovaný počas fotosyntézy je nevyhnutný na to, aby organizmy dýchali a chránili ich pred škodlivým krátkovlnným ultrafialovým žiarením.

Chemosyntéza(neskorá grécka chemeta - chémia a grécka syntéza - spojenie) - autotrofný proces tvorby organickej hmoty baktériami, ktoré neobsahujú chlorofyl. Chemosyntéza sa uskutočňuje v dôsledku oxidácie anorganických zlúčenín: vodíka, sírovodíka, amoniaku, oxidu železitého (II) atď. Asimilácia CO 2 prebieha rovnako ako pri fotosyntéze (Calvinov cyklus), s výnimkou tvorby metánu. homo-acetátové baktérie. Energia získaná oxidáciou sa ukladá v baktériách vo forme ATP.

Chemosyntetické baktérie zohrávajú mimoriadne dôležitú úlohu v biogeochemických cykloch chemických prvkov v biosfére. Životne dôležitá aktivita nitrifikačných baktérií je jedným z najdôležitejších faktorov úrodnosti pôdy. Chemosyntetické baktérie oxidujú zlúčeniny železa, mangánu, síry atď.

Chemosyntézu objavil ruský mikrobiológ Sergej Nikolajevič Vinogradskij (1856-1953) v roku 1887.

3. Výmena energie

Za účasti špeciálnych enzýmov sa v rôznych častiach buniek a organizmov uskutočňujú tri stupne energetického metabolizmu.

Prvá etapa je prípravná- prebieha (u živočíchov v tráviacich orgánoch) pôsobením enzýmov, ktoré štiepia molekuly s di- a polysacharidmi, tukmi, bielkovinami, nukleovými kyselinami na menšie molekuly: glukózu, glycerol a mastné kyseliny, aminokyseliny, nukleotidy. Tým sa uvoľní malé množstvo energie, ktorá sa rozptýli vo forme tepla.

Druhým stupňom je anoxická alebo neúplná oxidácia. Nazýva sa aj anaeróbne dýchanie (fermentácia), príp glykolýza. Enzýmy glykolýzy sú lokalizované v kvapalnej časti cytoplazmy - hyaloplazme. Glukóza podlieha štiepeniu, pričom každý molén sa postupne štiepi a za účasti enzýmov oxiduje na dve trojuhlíkové molekuly kyseliny pyrohroznovej CH 3 - CO - COOH, kde COOH je karboxylová skupina charakteristická pre organické kyseliny.

Na tejto premene glukózy sa postupne podieľa deväť enzýmov. V procese glykolýzy sa molekuly glukózy oxidujú, to znamená, že sa strácajú atómy vodíka. Akceptorom vodíka (a elektrónom) v týchto reakciách sú molekuly nikotínamid nindinukleotidu (NAD +), ktoré sú v reťazci podobné ako NADP + a líšia sa iba absenciou zvyšku kyseliny fosforečnej v molekule ribózy. Keď sa kyselina pyrohroznová redukuje redukovaným NAD, vzniká konečný produkt glykolýzy, kyselina mliečna. Kyselina fosforečná a ATP sa podieľajú na rozklade glukózy.

V súhrne tento proces vyzerá takto:

C6H1206 + 2H3P04 + 2ADP \u003d 2C3H603 + 2ATP + 2H20.

V kvasinkových hubách sa molekula glukózy bez účasti kyslíka premieňa na etylalkohol a oxid uhličitý (alkoholová fermentácia):

C6H1206 + 2H3P04 + 2ADP - 2C2Hb0H + 2C02 + 2ATP + 2H20.

V niektorých mikroorganizmoch môže štiepenie glukózy bez kyslíka viesť k tvorbe kyseliny octovej, acetónu atď. Vo všetkých prípadoch je rozpad jednej molekuly glukózy sprevádzaný tvorbou dvoch molekúl ATP, v makroergických väzbách, z ktorých 40 % energie sa ukladá, zvyšok sa odvádza vo forme tepla.

Tretia etapa energetického metabolizmu(fáza štiepenia kyslíka , alebo štádium aeróbneho dýchania) sa uskutočňuje v mitochondriách. Toto štádium je spojené s mitochondriálnou matricou a vnútornou membránou; podieľajú sa na ňom enzýmy, ktoré sú enzymatickým kruhovým „dopravníkom“, tzv Krebsov cyklus, pomenované po vedcovi, ktorý ho objavil. Tento zložitý a dlhý spôsob práce mnohých enzýmov sa nazýva aj cyklus trikarboxylovej kyseliny.

V mitochondriách sa kyselina pyrohroznová (PVA) oxiduje a premieňa na energeticky bohatú látku – acetylkoenzým A, skrátene acetyl-CoA. V Krebsovom cykle molekuly acetyl-CoA pochádzajú z rôznych zdrojov energie. V procese oxidácie PVC sa akceptory elektrónov NAD + redukujú na NADH a ďalší typ akceptorov sa redukuje - FAD na FADH 2 (FAD je flavín adenín dinukleotid). Energia uložená v týchto molekulách sa využíva na syntézu ATP, univerzálneho biologického akumulátora energie. Počas štádia aeróbneho dýchania sa elektróny z NADH a FADH 2 pohybujú po viacstupňovom reťazci ich prenosu ku konečnému akceptoru elektrónov, molekulárnemu kyslíku. Na prenose sa podieľa viacero nosičov elektrónov: koenzým Q, cytochrómy a hlavne kyslík. Keď sa elektróny pohybujú zo stupňa na stupeň dýchacieho dopravníka, uvoľňuje sa energia, ktorá sa vynakladá na syntézu ATP. Vo vnútri mitochondrií sa katióny H + spájajú s aniónmi O 2 ~ za vzniku vody. V Krebsovom cykle vzniká CO 2 a v reťazci transportu elektrónov - voda. Súčasne jedna molekula glukózy, ktorá je úplne oxidovaná prístupom kyslíka k CO 2 a H 2 0, prispieva k tvorbe 38 molekúl ATP. Z vyššie uvedeného vyplýva, že štiepenie organických látok kyslíkom alebo aeróbne dýchanie zohráva hlavnú úlohu pri zásobovaní bunky energiou. Pri nedostatku kyslíka alebo jeho úplnej absencii dochádza k bezkyslíkatému, anaeróbnemu, štiepeniu organických látok; energia takéhoto procesu stačí len na vytvorenie dvoch molekúl ATP. Vďaka tomu sa živé bytosti na krátky čas zaobídu bez kyslíka.